[發明專利]一種光纖陀螺溫度補償系統

在審

• 申請號: 202111290112.1
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN113720321A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 張琛;杜石鵬;凌衛偉;段威;李鋒
• 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: 武漢藍寶石專利代理事務所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 范三霞

本發明提供一種光纖陀螺溫度補償系統，利用光纖光路中原有的Y波導的溫度敏感特性，設計一種替代原方案溫度傳感器進行溫度補償的方案。光纖陀螺的核心器件Y波導存在多個隨溫度變化的參數，且電光轉換系數參數與陀螺溫度誤差直接相關，通過設計一定的調制解調和閉環控制算法，進行Y波導電光轉換系數參量值的實時跟蹤，得到比傳統方案中溫度傳感器誤差相關性更強、實時性更好的參量值信息，結合傳統溫度誤差補償模型，替換模型中的溫度自變量信息，即可實現更直接有效的溫度補償系統。

技術領域

本發明涉及光電子技術中的光纖傳感領域，更具體地，涉及一種光纖陀螺溫度補償系統。

背景技術

光纖陀螺是一種基于Sagnac效應的慣性陀螺儀表，全固態設計，無任何運動和磨損部件，工作壽命長，可靠性高，制造工藝也相對簡潔，更容易實現批量制造和大規模應用。光纖陀螺結構設計靈活，測量精度與其中的敏感部件-光纖環直徑、環中光纖長度之積成正比，可據此設計成滿足不同需求的產品，目前已覆蓋海陸空天多個應用領域，精度涵蓋至少五個數量級。

世界上大多數光纖陀螺產品采用干涉式數字閉環方案，光路中包含光纖環、LiNbO₃多功能集成光學器件（簡稱Y波導）、光源等功能部件。因為光纖光路本身存在一定溫度敏感性，環境溫度變化會引起光纖陀螺標度因數和零偏漂移誤差，在性能要求較高的場合，必須采取控制手段，應對方案主要包括溫度控制和溫度補償等。溫度控制的目的是為光纖陀螺測量系統提供穩定的工作溫度環境，包括TEC溫控和加熱溫控等具體方案，均要付出產品體積、重量、功耗以及較長穩定時間的代價。因為溫控方案的產品適裝性較差，目前僅應用于艦船、衛星等有相應條件的場合。溫度補償是通過建立溫度信息與陀螺輸出誤差的數學模型關系實現對誤差的判斷和消除，可在不影響原系統的體積、重量情況下實現的陀螺輸出精度的提高，為大部分光纖陀螺測量系統所采用。

目前的光纖陀螺產品中，采用測溫芯片或鉑電阻等進行光纖陀螺敏感部件附近溫度信息的采集。該方案的問題是：測溫器件的安裝位置與敏感光路存在一定間隔，只能間接反應敏感環路的溫度變化，準確性和實時性較差。如果測溫器件能直接設計在光纖光路之中，直接反應陀螺敏感部件產生的溫度誤差，準確性和實時性都將大幅提高，達到更有效的溫度補償效果。根據對各光學器件溫度特性、信息可提取性等各方面的分析，認為光纖光路中的LiNbO₃多功能集成光學器件（Y波導）符合設計要求。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的技術問題，提供一種光纖陀螺溫度補償系統，包括光纖光路部分和信號處理部分，所述光纖光路部分包括寬譜光源、光纖干涉儀和探測器，所述信號處理部分包括干涉信號采樣模塊、第一解調模塊、第一積分模塊、調制模塊、第二解調模塊、第二積分模塊和誤差補償模塊；

所述探測器，用于實時探測所述光纖干涉儀輸出的光波信號，并將光波信號轉換為電信號；所述干涉信號采樣模塊，用于對所述電信號進行采樣，得到每一狀態多個點或一個點的電信號；所述第一解調模塊，用于根據采樣的電信號，通過三角函數運算關系，計算得出與溫度變化相關的Y波導器件的電光轉換系數變化值；第一積分模塊，用于對Y波導器件的電光轉換系數變化值進行積分疊加，得到轉換系數值；第二解調模塊，用于對采樣的電信號進行解調運算，計算出光纖陀螺的轉速信息變化值；第二積分模塊，用于對光纖陀螺的轉速信息變化值進行積分疊加，得到未補償轉速信息；所述調制模塊，用于根據所述轉換系數值和所述未補償轉速信息，生成調制波形和反饋波形，并輸出給所述光纖干涉儀；所述誤差轉換模塊，用于以未補償轉速信息和Y波導器件的電光轉換系數變化值為輸入量，對光纖陀螺的標度因數誤差和零位偏差進行實時擬合推算，對光纖陀螺的轉速信息進行補償輸出。