[發(fā)明專利]一種諧振式光學(xué)陀螺標(biāo)度因數(shù)測試裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310024929.3
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103115628A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮麗爽;郅銀周;雷明;劉惠蘭;王俊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文利

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)陀螺技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種諧振式光學(xué)陀螺標(biāo)度因數(shù)測試裝置及方法。

背景技術(shù)

諧振式光學(xué)陀螺(ROG)是基于Sagnac（薩格奈克）效應(yīng)的慣性器件，具有全固態(tài)結(jié)構(gòu)、動態(tài)范圍大、啟動時間短、穩(wěn)定性高、壽命長等優(yōu)點。ROG根據(jù)光學(xué)敏感環(huán)的不同可以分為諧振式光纖陀螺(RFOG)和諧振式集成光學(xué)陀螺(RIOG)：RFOG以光纖環(huán)為諧振腔來敏感Sagnac效應(yīng)產(chǎn)生的諧振頻率差，從而實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)角速度的測量；RIOG以集成光學(xué)芯片替代光纖環(huán)形諧振腔，結(jié)合了光學(xué)陀螺的工作原理和MEMS加工工藝，更具小型化和批量生產(chǎn)的優(yōu)勢。ROG通過使光在環(huán)形諧振腔中多次傳播以增強Sagnac效應(yīng)，與干涉式光纖陀螺(IFOG)相比，具有利用比IFOG短100倍的環(huán)形腔實現(xiàn)相同性能的潛在能力，同時，光學(xué)敏感環(huán)長度的大幅度縮短，大大降低了熱致非互易性，使ROG的精度更接近探測器散粒噪聲決定的極限靈敏度，具有重要的研究和應(yīng)用價值。

標(biāo)度因數(shù)定義為陀螺輸出數(shù)據(jù)與輸入角速率的比值，陀螺實現(xiàn)對載體角速率的檢測必須以標(biāo)度因數(shù)的準(zhǔn)確測試為前提條件，標(biāo)度因數(shù)測試誤差極大影響陀螺輸出精度，因此標(biāo)度因數(shù)是評價陀螺性能的一項重要參數(shù)。在傳統(tǒng)ROG標(biāo)度因數(shù)的測試方法中，通常將ROG固定在轉(zhuǎn)臺上，通過施加不同轉(zhuǎn)速并記錄陀螺輸出數(shù)據(jù)來測試ROG的標(biāo)度因數(shù)。這種測試方法需要陀螺固定夾具和轉(zhuǎn)臺，測試過程相對繁瑣，并且轉(zhuǎn)臺的振動對陀螺的測試結(jié)果也會產(chǎn)生影響，因此對轉(zhuǎn)臺具有一定的參數(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種諧振式光學(xué)陀螺標(biāo)度因數(shù)測試裝置及方法，適用于諧振式光纖陀螺和諧振式集成光學(xué)陀螺，能夠避免傳統(tǒng)諧振式光學(xué)陀螺標(biāo)度因數(shù)測試時必須上轉(zhuǎn)臺進(jìn)行測試的缺點，不僅大大簡化了測試流程，而且消除了實際轉(zhuǎn)臺測試中轉(zhuǎn)臺振動對性能測試的影響。

一種諧振式光學(xué)陀螺標(biāo)度因數(shù)測試裝置，包括組合信號源模塊、光電混合模塊和數(shù)字信號處理模塊；

所述組合信號源模塊包括信號源A和信號源B；信號源A產(chǎn)生鋸齒波信號，通過設(shè)定鋸齒波參數(shù)，模擬陀螺旋轉(zhuǎn)角速度，信號源B產(chǎn)生調(diào)制信號，信號源A和信號源B的負(fù)電極相連，信號源A的正電極連接光電混合模塊內(nèi)第一調(diào)制臂的下電極和第二調(diào)制臂的上電極，信號源B的正電極連接光電混合模塊內(nèi)第一調(diào)制臂的上電極和第二調(diào)制臂的下電極；

所述光電混合模塊包括光源、光隔、起偏器、集成光學(xué)相位調(diào)制器、耦合器A、耦合器B、耦合器C、光學(xué)諧振腔、光電探測器A和光電探測器B；光源順次通過光隔、起偏器與集成光學(xué)相位調(diào)制器連接，集成光學(xué)相位調(diào)制器為Y分支結(jié)構(gòu)，集成光學(xué)相位調(diào)制器包括第一調(diào)制臂和第二調(diào)制臂，每個調(diào)制臂均具有上下兩個電極，用于連接調(diào)制信號，其中第一調(diào)制臂的下電極和第二調(diào)制臂的上電極相連，第一調(diào)制臂的上電極和第二調(diào)制臂的下電極相連；光學(xué)諧振腔上集成了耦合器A、耦合器B和耦合器C，其中集成光學(xué)相位調(diào)制器的第一調(diào)制臂與光學(xué)諧振腔上的耦合器A相連，集成光學(xué)相位調(diào)制器的第二調(diào)制臂與光學(xué)諧振腔上的耦合器B相連，耦合器A和耦合器B又分別和耦合器C相連；

光源發(fā)出的光，順次經(jīng)過光隔、起偏器后，進(jìn)入集成光學(xué)相位調(diào)制器，光經(jīng)過第一調(diào)制臂后為CW光，CW表示順時針，CW光依次通過耦合器A、耦合器C進(jìn)入保偏光學(xué)諧振腔，在光學(xué)諧振腔內(nèi)傳輸不同圈數(shù)的CW光相干出射，依次通過耦合器C、耦合器B到達(dá)光電探測器B；光經(jīng)過第二調(diào)制臂后為CCW光，CCW表示逆時針，CCW光依次通過耦合器B、耦合器C進(jìn)入保偏光學(xué)諧振腔，在光學(xué)諧振腔內(nèi)傳輸不同圈數(shù)的CCW光相干出射，依次通過耦合器C、耦合器A到達(dá)光電探測器A；光電探測器A一端與耦合器A相連接，另一端通過數(shù)字信號處理模塊A與光源相連接，光電探測器B一端與耦合器B相連接，另一端通過數(shù)字信號處理電路B與計算機(jī)相連接；光電探測器A探測從光學(xué)諧振腔出射的CCW光強信號，光電探測器B探測從光學(xué)諧振腔出射的CW光強信號；

所述數(shù)字信號處理模塊包括數(shù)字信號處理模塊A、數(shù)字信號處理模塊B和計算機(jī)；

數(shù)字信號處理模塊A由光電探測器A得到的CCW光強信號解調(diào)出光源中心頻率和CCW光諧振頻率之差，并將其反饋于光源，實現(xiàn)光源頻率對CCW光諧振頻率的跟蹤鎖定，數(shù)字信號處理模塊B由光電探測器B得到的CW光強信號解調(diào)出光源中心頻率與CW光諧振頻率之差，并將該差值轉(zhuǎn)換為陀螺角速度信息，上傳至計算機(jī)；

計算機(jī)根據(jù)模擬陀螺旋轉(zhuǎn)角速度數(shù)值與測量得到的陀螺角速度信息進(jìn)行最小二乘法擬合，得到陀螺標(biāo)度因數(shù)。

一種諧振式光學(xué)陀螺標(biāo)度因數(shù)測試方法，具體包括以下幾個步驟：