[發明專利]一種基于光路差分的雙干涉式光纖陀螺儀2π復位電壓測量方法

有效

• 申請號: 201310312213.3
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103411598A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 金靖;張祖琛;徐小斌;宋凝芳;張春熹;滕飛;安明花
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明涉及一種基于光路差分的雙干涉式光纖陀螺儀2π復位電壓測量方法，屬于光纖陀螺技術領域。

背景技術

光纖陀螺作為發展極為迅速的一種新型慣性角速度傳感器，以其特有的技術和性能優勢，如全固態結構、可靠性高、壽命長；啟動速度快，響應時間短；測量范圍大，動態范圍寬；抗沖擊、振動，耐化學腐蝕；體積小、重量輕、成本低；適合大批量生產等，已經廣泛用于各領域。

國際上通用的光纖陀螺形式為單干涉式，即利用一套光路（一個保偏光纖環）的快軸或者慢軸實現SAGNAC干涉儀，通過分別按照順時針（CW）、逆時針（CCW）傳播的兩束主波列之間的干涉來解算載體轉動導致的SAGNAC相移。這種干涉儀雖然結構簡單，但是隨著光纖陀螺應用領域的不斷擴展，其體積、重量與精度之間的矛盾日益突出，以現有的技術和工藝水平，在維持精度的前提下，進一步減小體積、重量很難實現突破，反之亦然。

差分雙干涉式光纖陀螺儀是在一套光路（一個保偏光纖環）中，利用其快軸和慢軸分別實現一個SAGNAC干涉儀，這兩路干涉儀的輸出呈現差分形式，經過差分解算以后，SAGNAC效應得到加倍。基于光路差分的差分雙干涉式光纖陀螺通過采用光路差分的調制解調方案，可以精確消除每一路陀螺中的固有相位差及陀螺產生的共模誤差，同時加倍轉動效應，較好的保持差分雙干涉式光纖陀螺的互易性。但根據其調制解調原理，如果2π復位對應的波導驅動的電壓值的測量存在誤差，會造成其中一路陀螺在復位點的鎖定失敗，其檢測誤差將直接造成差分雙干涉式光纖陀螺在該時刻的輸出存在異常，嚴重影響陀螺的實際應用。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于光路差分的雙干涉式光纖陀螺儀2π復位電壓測量方法。

一種基于光路差分的雙干涉式光纖陀螺儀2π復位電壓測量方法，具體為：窄譜光源輸出偏振光波經過45°交叉耦合產生了兩個幅值相等、偏振方向相互垂直的光波，依次通過耦合器和雙折射調制器輸入保偏光纖環；通過信號發生器產生偏置為0、頻率為光纖環本征頻率2倍的波導驅動信號給雙折射調制器；同時調節信號發生器產生波導驅動信號的方波幅值，使得示波器上輸出的信號滿足如下要求：

示波器上輸出信號與陀螺閉環時的輸出信號相同，即為存在尖峰的直流信號，相鄰尖峰間的時間間隔為光纖環的一個渡越時間。

此時方波幅值對應的調制相位為±π，而2π復位對應的電壓值是該方波幅值的2倍。

一種基于光路差分的雙干涉式光纖陀螺儀2π復位電壓測量方法的實現裝置，包括光源、耦合器、雙折射調制器、光纖環、偏振分束器、第一探測器、第二探測器、信號發生器和示波器。

所述耦合器為四端口器件，分別為A端、B端、C端和D端，所述的雙折射調制器為三端口器件，分別為A′端、端口B′和端口C′。光源與耦合器的A端以45°熔接于熔點O₁，耦合器的C端與雙折射調制器的輸入端A′端以0°熔接于熔點O₂，雙折射調制器的B′端和C′端分別與保偏光纖環的兩端以0°熔接于熔點O₃和熔點O₄，同時光纖環的中點O₅為90°對軸熔接，耦合器的B端與偏振分束器的輸入端以0°熔接于熔點O₆，偏振分束器的兩個輸出端分別與第一探測器和第二探測器熔接，雙折射調制器的驅動信號由信號發生器產生，第一探測器或第二探測器的輸出信號通過示波器進行觀察。

本發明的優點在于：

本發明提出了基于光路差分的雙干涉式光纖陀螺儀2π復位電壓測量方法，該方法測量簡單，精度高。

附圖說明

圖1是基于光學差分的雙干涉式光纖陀螺儀2π復位電壓測量系統的原理框圖；

圖2是熔點O₁處光波示意圖；

圖3是光纖對軸熔接示意圖；

圖4是光纖環中光波傳播示意圖；

圖5是2π復位對應的波導驅動電壓幅值測量中信號發生器輸出波形；

圖6是2π復位對應的波導驅動電壓幅值測量中干涉光強與調制相位關系（負責相位解算）。

圖中：

1-光源????????2-耦合器??????3-雙折射調制器

4-光纖環??????5-偏振分束器??6-第一探測器

7-第二探測器??8-示波器??????9-信號發生器

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。