[發(fā)明專利]一種基于光隔離器的閉環(huán)差分雙干涉式光纖陀螺儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210123647.4
• 申請(qǐng)日: 2012-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102650523A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張春熹;滕飛;徐宏杰;徐小斌;肖智;杜士森;張祖琛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01C19/72
• 分類(lèi)號(hào): G01C19/72
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文利

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在光纖環(huán)面積和光纖長(zhǎng)度不變的條件下實(shí)現(xiàn)SAGNAC效應(yīng)倍增和閉環(huán)控制的閉環(huán)差分雙干涉式光纖陀螺儀，屬于光纖陀螺技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光纖陀螺作為發(fā)展極為迅速的一種新型慣性角速度傳感器，以其特有的技術(shù)和性能優(yōu)勢(shì)，如全固態(tài)結(jié)構(gòu)、可靠性高、壽命長(zhǎng)；啟動(dòng)速度快，響應(yīng)時(shí)間短；測(cè)量范圍大，動(dòng)態(tài)范圍寬；抗沖擊、振動(dòng)，耐化學(xué)腐蝕；體積小、重量輕、成本低；適合大批量生產(chǎn)等，已經(jīng)廣泛用于各領(lǐng)域。

國(guó)際上通用的光纖陀螺形式為單干涉式，即利用一套光路(一個(gè)保偏光纖環(huán))的快軸或者慢軸實(shí)現(xiàn)SAGNAC干涉儀，通過(guò)分別按照順時(shí)針(CW)、逆時(shí)針(CCW)傳播的兩束主波列之間的干涉來(lái)解算載體轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致的SAGNAC相移。這種干涉儀雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是隨著光纖陀螺應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，其體積、重量與精度之間的矛盾日益突出，以現(xiàn)有的技術(shù)和工藝水平，在維持精度的前提下，進(jìn)一步減小體積、重量很難實(shí)現(xiàn)突破，反之亦然。

差分雙干涉式光纖陀螺儀是在一套光路(一個(gè)保偏光纖環(huán))中，利用其快軸和慢軸分別實(shí)現(xiàn)一個(gè)SAGNAC干涉儀，這兩路干涉儀的輸出呈現(xiàn)差分形式，經(jīng)過(guò)差分解算以后，SAGNAC效應(yīng)得到加倍。目前，差分雙干涉式光纖陀螺儀采用的是開(kāi)環(huán)方案，存在相應(yīng)非線性、易受環(huán)境影響及動(dòng)態(tài)范圍小等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了差分雙干涉式光纖陀螺的實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題，提出一種在光纖環(huán)面積和光纖長(zhǎng)度不變的條件下實(shí)現(xiàn)SAGNAC效應(yīng)倍增和閉環(huán)控制的閉環(huán)差分雙干涉式光纖陀螺儀。

一種基于光隔離器的閉環(huán)差分雙干涉式光纖陀螺儀，包括光源、第一耦合器、光纖環(huán)、第二耦合器、第一隔離器、第二隔離器、波導(dǎo)、第三耦合器、偏振分束器、第一探測(cè)器和第二探測(cè)器；

光源與第一耦合器的A₁端口以45°熔接于熔點(diǎn)O₁，第一耦合器的C₁端口與第二耦合器的A₂端口以0°熔接于熔點(diǎn)O₂，第二耦合器的B₂端口與第一隔離器的一端以0°熔接于熔點(diǎn)O₃，第一隔離器的另一端與波導(dǎo)以0°熔接于熔點(diǎn)O₅，波導(dǎo)的另一端與第三耦合器的C₃端口以0°熔接于熔點(diǎn)O₇，第二耦合器的C₂端口與第二隔離器的一端以0°熔接于熔點(diǎn)O₄，第二隔離器的另一端與第三耦合器的B₃端口以0°熔接于熔點(diǎn)O₆，第三耦合器的A₃端口與光纖環(huán)的一端以0°熔接于熔點(diǎn)O₈，第一耦合器的D₁端與光纖環(huán)另外一端以90°熔接于熔點(diǎn)O₉，第一耦合器的B₁端與偏振分束器的輸入端以0°熔接于熔點(diǎn)O₁₀，偏振分束器的兩個(gè)輸出端分別與第一探測(cè)器和第二探測(cè)器熔接。

由激光光源，保偏耦合器，光隔離器，波導(dǎo)，光纖環(huán)，偏振分束器，探測(cè)器構(gòu)成，激光光源輸出偏振光波經(jīng)過(guò)45°交叉耦合產(chǎn)生了兩個(gè)幅值相等、偏振方向相互垂直的光波輸入保偏光纖環(huán)，在光纖環(huán)的一端采用兩個(gè)方向相反的光隔離器將光纖環(huán)中正向和反向傳播的光波分開(kāi)，通過(guò)波導(dǎo)來(lái)調(diào)制其中一個(gè)傳輸方向光波的相位，以抵消差分處理后得到的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

(1)實(shí)現(xiàn)了差分雙干涉式光纖陀螺的閉環(huán)控制；

(2)采用了波長(zhǎng)穩(wěn)定性較好的激光光源，提高了光纖陀螺的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性；

(3)SAGNAC相位解算方法簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明

圖1是閉環(huán)差分雙干涉式光纖陀螺結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是熔點(diǎn)O₁處光波示意圖；

圖3是激光光源譜寬；

圖4是波導(dǎo)上施加的調(diào)制波形；

圖5是無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)差分信號(hào)與調(diào)制相位關(guān)系圖；

圖6是有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)差分信號(hào)與調(diào)制相位關(guān)系圖；

圖中：

1-光源????????????2-第一耦合器????????3-第二耦合器

4-第一隔離器??????5-波導(dǎo)??????????????6-第三耦合器

7-第二隔離器??????8-光纖環(huán)????????????9-偏振分束器

10-第一探測(cè)器?????11-第二探測(cè)器

具體實(shí)施方式