[發明專利]基于光纖結構的全固態高速旋轉測量系統

無效

• 申請號: 201110127985.0
• 申請日: 2011-05-18
• 公開（公告）號: CN102297691A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 黃騰超;郭文正;李賡;劉承
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及慣性測量領域，尤其涉及基于光纖結構的全固態高速旋轉測量系統。

背景技術

隨著裝備技術和武器平臺技術的發展，高可靠、高性能慣性技術的發展勢在必然，新一代裝備系統在旋轉速度上有更進一步的提升，如何測量高速旋轉下的大角速度而又能保持較小的分辨率和高靈敏度成為慣性測量系統面臨的問題。

傳統的機械陀螺存在高速轉子等活動部件，這使得其存在怕沖擊、G和G2敏感性強的缺點，而高速旋轉帶來的向心加速度和旋轉角速度的平方成正比，這綜合起來就限制了裝備系統的旋轉速度，影響其控制精度。光纖陀螺和光學加表是基于干涉原理的全光學傳感器，這兩項關鍵技術都具有全固態的特點，不怕沖擊，使其成為高速裝備系統的最佳測量技術。

但是，截止到目前，國內進行高速旋轉慣性測量裝置研究的單位還不是很多，大多數研究仍處于實驗室樣機階段，并且幾乎所有的研究都是基于分立的陀螺和加表的組合，不利于系統的集成化和小型化，另外，陀螺和加表安裝在三個相互垂直的方向上，每一個陀螺和加表都是一個完整的本體，各自敏感三個正交方向上的慣性數據，增加了系統的體積和功耗，在數據終端還需要數據的整合處理，限制了慣性測量系統和高速旋轉裝備系統的發展。

發明內容

本發明的目的就是解決當前高速旋轉裝備系統面對的困境，提出一種基于光纖結構的全固態高速旋轉測量系統。

基于光纖結構的全固態高速旋轉測量系統包括光源、2×3耦合器、1×2X軸耦合器、1×2Y軸耦合器、1×2Z軸耦合器、X軸光纖陀螺模塊、X軸光纖加表模塊、Y軸光纖陀螺模塊、Y軸光纖加表模塊、Z軸光纖加表模塊、Z軸光纖陀螺模塊、3×1合束器、第二探測器、中心處理器、第一探測器和多路復用處理電路；其中，2×3耦合器一端分別與光源、第一探測器相連，2×3耦合器另一端分別與1×2X軸耦合器、1×2Y軸耦合器和1×2Z軸耦合器相連，1×2X軸耦合器與X軸光纖陀螺模塊的光學接口P1、X軸光纖加表模塊的光學接口P3相連，1×2Y軸耦合器與Y軸光纖陀螺模塊的光學接口P4、Y軸光纖加表模塊的光學接口P6相連，1×2Z軸耦合器與Z軸光纖加表模塊的光學接口P8、Z軸光纖陀螺模塊的光學接口P9相連，X軸光纖加表模塊的光學接口P2、Y軸光纖加表模塊的光學接口P5、Z軸光纖加表模塊的光學接口P7通過3×1合束器與第二探測器相連，X軸光纖陀螺模塊的電路接口E1、X軸光纖加表模塊的電路接口E2、Y軸光纖陀螺模塊的電路接口E3、Y軸光纖加表模塊的電路接口E4、Z軸光纖加表模塊的電路接口E5、Z軸光纖陀螺模塊的電路接口E6、第二探測器都與中心處理器相連，第一探測器通過多路復用處理電路與中心處理器相連。

所述的X軸光纖陀螺模塊、Y軸光纖陀螺模塊、Z軸光纖陀螺模塊具有相同的結構，其中X軸光纖陀螺模塊包括第一Y波導多功能集成光路、光纖線圈、增益控制電路、D/A轉換電路；第一Y波導多功能集成光路與光纖線圈相連，D/A轉換電路通過增益控制電路與第一Y波導多功能集成光路相連。

所述的X軸光纖加表模塊、Y軸光纖加表模塊、Z軸光纖加表模塊具有相同的結構，其中，X軸光纖加表模塊包括第二Y波導多功能集成光路、光纖柔性盤、2×1合束器、D/A轉換器、乘法器、低通濾波器、積分電路、運算放大器、帶通濾波器、復位電路、振蕩器；第二Y波導多功能集成光路與光纖柔性盤相連，光纖柔性盤與2×1合束器相連，D/A轉換器、乘法器、低通濾波器、積分電路、運算放大器依次相連，運算放大器與第二Y波導多功能集成光路相連，低通濾波器通過帶通濾波器將信號輸出，復位電路與積分電路相連，并與積分電路共同連接于運算放大器，振蕩器分別與乘法器、運算放大器相連。

本發明由三組正交結構的光纖陀螺模塊和光纖加表模塊組成，共用一個光源，利用傳統光纖陀螺耦合器的空置端口作為光纖加表模塊的光源輸入端，由光纖陀螺模塊和光纖加表模塊同時測量一個軸向的角速度和加速度，實現一維慣性測量的集成。三個軸向的光纖陀螺模塊和三個軸向的光纖加表模塊分別共用一個探測器，采用多路復用技術提取三個正交方向上的運動信息，整個系統由中心處理器統一控制，實現光纖陀螺模塊和光纖加表模塊的融合，從而實現整個慣性測量系統的全固態、全光纖化、一體化和集成化，為裝備系統的升級提供了有力的技術支撐。

附圖說明

圖1為基于光纖結構的全固態高速旋轉測量系統的結構框圖；

圖2為圖1中X軸光纖陀螺模塊的結構框圖；

圖3為圖1中X軸光纖加表模塊的結構框圖。

具體實施方式