[發明專利]一種兼顧大角速率和高精度的光纖陀螺

有效

• 申請號: 201510075718.1
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104613955B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 李光輝;張銳;陳斌;劉尉
• 申請（專利權）人: 重慶華渝電氣集團有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司50212
• 代理人: 梁展湖,李海華

技術領域

本發明涉及一種光纖陀螺，尤其涉及一種兼顧大角速率和高精度的光纖陀螺。

背景技術

光纖陀螺近幾年取得了快速發展，高精度、大動態范圍是光纖陀螺的發展方向之一，也是慣性導航系統對光纖陀螺的需求。目前技術上兼顧高精度和高動態存在一定的困難：高精度光纖陀螺很難做到動態范圍寬，大速率光纖陀螺很難做到高精度。從理論上這是一個矛盾，決定因素為光纖環的長徑積(長度和直徑的積，L*D)。一定范圍內，長徑積越大光纖陀螺的精度越高；長徑積越小光纖陀螺的最大角速率越大。

因此，如何兼顧光纖陀螺的大速率和高精度對于開發高動態高精度光纖陀螺具有重要意義。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于怎樣解決現有光纖陀螺無法兼顧大角速率和高精度的問題，提供一種兼顧大角速率和高精度的光纖陀螺，能夠有效提高光纖陀螺的精度和高動態。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是這樣的：一種兼顧大角速率和高精度的光纖陀螺，其特征在于：包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一Y波導、第二Y波導、第一光纖環、第二光纖環、第一探測器、第二探測器以及調制電路，其中，所述第一光纖環的光纖長度大于第二光纖環的光纖長度；所述光源經第一耦合器后同時與第二耦合器和第三耦合器相連，所述第二耦合器經第一Y波導后與第一光纖環的兩端相連，第三耦合器經第二Y波導后與第二光纖環相連，所述第一探測器和第二探測器分別與第二耦合器和第三耦合器相連；

所述調制電路包括第一前置放大電路、第二前置放大電路、第一A/D轉換電路、第二A/D轉換電路、數字信號處理電路以及第一D/A轉換電路和第二D/A轉換電路；所述第一探測器經第一前置放大電路和第一A/D轉換電路后與數字信號處理電路相連，所述第二探測器經第二前置放大電路和第二A/D轉換電路后與數字信號處理電路相連；數字信號處理電路將反饋信號處理后輸出光纖環的旋轉角速率信號，同時，數字信號處理電路經第一D/A轉換電路后與第一Y波導相連，經第二D/A轉換電路后與第二Y波導相連。

進一步地，所述第一光纖環和第二光纖環平行裝配。

進一步地，所述光源由一光源驅動電路驅動。

進一步地，所述數字信號處理電路的補償過程如下：

1)建立本征方波調制下光纖陀螺光功率探測模型：

式中：ΔI為光強差，I₀為干涉幅度的2倍，其可表示為：

式中：I₁，I₂分別為兩束光波的光強；Φ₀為方波調制幅度，Φ_S為薩格奈克相移，其中：

式中：L為光纖長度；D為光纖環直徑；為光源平均波長；c為真空中的光速；Ω光纖陀螺旋轉的角速率；

當光纖環旋轉角速率超出范圍后，光纖環的光功率差為：

式中：k為整數，Φ為Φ_S關于的余數，并且Φ∈[-π/2,+π/2]；

其中：

Ⅰ)陀螺正轉，即Φ_S，k，Φ都為正數，

對于任意整數k都可以表示為：

k＝4*n+m………(4)；

式中：n為k關于4的商(n≥0)，m為k關于4的余數，且m＝0,1,2,3；

則公式(3)只可能有4個值，具體表示如下：

Ⅱ)陀螺反轉，即Φ_S，k，Φ都為負數，

對于任意整數k都可以表示為：

k＝4*n+m………(6)；

式中：n為k關于4的商(n≤0)，m為k關于4的余數，且m＝0,-1,-2,-3；

則公式(3)只可能有4個值，具體表示如下：

2)建立光纖陀螺的輸出模型：F＝K*Ω………(8)；

式中：F為陀螺輸出量；K為陀螺的標度因數；Ω為陀螺的旋轉角速率；

3)光纖陀螺的實際輸出：令第一光纖環為大環、第二光纖環為小環，則有：

a、速率沒有超過大環最大角速率，直接輸出大環的輸出量；

b、轉角速率超過大環最大角速率沒有超過小環最大角速率時，建立小環對大環的補償模型：