[發明專利]一種光纖陀螺及抑制輸出零偏隨溫度變化漂移的方法

在審

• 申請號: 201610866555.3
• 申請日: 2016-09-29
• 公開（公告）號: CN107270884A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 劉兵;杜勇;陸家兵;韓繼韜;艾文宇;楊玉孔
• 申請（專利權）人: 華中光電技術研究所（中國船舶重工集團公司第七一七研究所）
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙)42221
• 代理人: 劉念濤,宋國榮

技術領域

本發明屬于光電技術領域，具體涉及一種光纖陀螺，以及光纖陀螺抑制輸 出零偏隨溫度變化漂移的方法。

背景技術

光纖陀螺是一種基于Sagnac效應的全固態陀螺儀，通過測量沿光纖敏感環 圈順逆旋轉的兩束光的相位差，來測量光纖敏感環相對于慣性空間的旋轉角速 度。光纖陀螺因具有無轉動部件的全固態結構，動態范圍大、能耗低、抗沖擊 能力強、體積小、無啟動過程、壽命長等突出優點，已被廣泛的應用于航空航 天、武器導航、機器人控制、及雷達等領域。

干涉式閉環光纖陀螺是一個由光路部分和信號處理電路部分共同構成的系 統；光路部分包括光源、藕合器、集成光學芯片(Y波導)、光纖環圈和光電探 測器，電路部分分兩大塊，一塊是光源驅動電路，另一塊是信號處理電路；干 涉式光纖陀螺儀中，光纖傳播相位是溫度依賴的、時變的，沿光纖敏感環的熱 變化率會引入非互易相移，即Shupe誤差，這會給光纖陀螺帶來不可忽視的漂 移并限制其應用。

另外，光纖陀螺儀中的一些元器件如光源、Y波導、保偏光纖耦合器等性能 也會受溫度影響。光源的特性對光纖陀螺的影響較大，光源光功率的變化直接 反映到光纖陀螺輸出信號變化中。光功率的變化會引起光纖陀螺標度因數及零 偏的變化，從而影響光纖陀螺的動態性能。光纖陀螺除了要求光源具有體積小、 可靠性高、壽命長等特點外，還要求光源同時具有好的空間相干性和弱的時間 相干性，以減小瑞利后向散射噪聲和偏振交擾的影響。以及為了提高系統的檢 測閾值而要求光源必須高功率輸出，為了提高與光纖的耦合效率而要求光源具 有低發散角。光纖陀螺中的許多誤差均與光源特性有關，如輸出功率和偏振度 的漲落引起光纖陀螺的零偏不穩定性，光譜的不對稱性和中心波長的漂移產生 標度因數誤差等。

影響光纖陀螺的溫度變化既來源于外部環境，也受到系統內部發熱元器件 的影響，這主要是指在工作過程中光源管芯發熱、光電探測器發熱以及電路中 的某些芯片發熱。如果陀螺內部元器件由功耗轉化成的熱量不能及時地散發出 去，便會使內部的溫度持續上升，直至產生的熱量與散失的熱量達到平衡為止， 對溫度敏感的器件則會由于過高的熱負荷而失效或者偏離原先的工作狀態，從 而影響陀螺性能上的改變乃至正常使用。

研究抑制光纖陀螺輸出零偏隨溫度變化而產生漂移，首先需要了解主要光 學器件的溫度特性，然后依據其相關的溫度特性參數選取合適的器件和進行合 理的結構設計，并在算法上對輸出端零偏進行補償。

發明內容

本發明的目的之一在于根據現有技術的不足，提供一種能使光源的輸出穩 定性大幅提升的光纖陀螺。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種光纖陀螺，包括陀螺殼 體、光源、光電探測器以及同時連接光源和光電探測器的耦合器，所述的耦合 器依次連接Y波導和光纖環圈，所述的光電探測器依次連接前置放大器、AD轉 換電路、信號處理與補償電路、DA轉換電路和驅動電路之后與Y波導連接以形 成閉環結構，所述的光源為摻餌光纖光源。

本發明的目的之二在于提供一種抑制光纖陀螺受溫度影響零偏漂移的方 法，解決背景技術中所涉及的光纖陀螺的缺陷，縮短光纖陀螺啟動時間，提高 光纖陀螺的零偏穩定性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種抑制光纖陀螺輸出零偏 隨溫度變化漂移的方法，包括如下步驟：

a)、在輸入端光源部分采用功率穩定度較高的摻鉺光纖光源；

b)、通過信號處理與補償電路對陀螺輸出零偏隨溫度、溫度變化率、溫度 梯度采用逐步回歸分析法進行建立溫度的非線性多項式模型；

c)、利用溫度傳感器與溫度變化的關系，在輸出端建立溫度、溫度梯度、 溫度變化率及其交叉項的非線性多項式模型，對陀螺全溫變化范圍內多溫變速 率下的輸出零偏數據進行擬合，采用逐步回歸分析法選擇對陀螺漂移影響較大 的因素，建立溫度補償的非線性多項式模型，并對系數進行求解，最終將模型 系數固化在硬件電路內部，實現在不同應用環境下對陀螺輸出零偏變化漂移的 實時補償，以減小陀螺輸出零偏的漂移。

所述的一種抑制光纖陀螺輸出零偏隨溫度變化漂移的方法，其建立非線性 多項式模型步驟如下：

初步將與溫度有關的輸入自變量最高取到2階，即