專利名稱：一種基于寬譜光源雙折射調(diào)制的差分雙干涉式閉環(huán)光纖陀螺儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在光纖環(huán)面積和光纖長度不變的條件下實現(xiàn)SAGNAC效應(yīng)倍増和閉環(huán)控制的閉環(huán)差分雙干渉式光纖陀螺儀，屬于光纖陀螺技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖陀螺作為發(fā)展極為迅速的ー種新型慣性角速度傳感器，以其特有的技術(shù)和性能優(yōu)勢，如全固態(tài)結(jié)構(gòu)、可靠性高、壽命長；啟動速度快，響應(yīng)時間短；測量范國大，動態(tài)范圍寬；抗沖擊、振動，耐化學(xué)腐蝕；體積小、重量輕、成本低；適合大批量生產(chǎn)等，已經(jīng)廣泛用于各領(lǐng)域。國際上通用的光纖陀螺形式為單干渉式，即利用ー套光路(ー個保偏光纖環(huán))的快軸或者慢軸實現(xiàn)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渉來解算載體轉(zhuǎn)動導(dǎo)致的SAGNAC相移。這種干涉儀雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是隨著光纖陀螺應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，其體積、重量與精度之間的矛盾日益突出，以現(xiàn)有的技術(shù)和エ藝水平，在維持精度的前提下，進(jìn)ー步減小體積、重量很難實現(xiàn)突破，反之亦然。差分雙干渉式光纖陀螺儀是在ー套光路(ー個保偏光纖環(huán))中，利用其快軸和慢軸分別實現(xiàn)ー個SAGNAC干涉儀，這兩路干涉儀的輸出呈現(xiàn)差分形式，經(jīng)過差分解算以后，SAGNAC效應(yīng)得到加倍。目前，差分雙干渉式光纖陀螺儀采用的是開環(huán)方案，每路干涉儀輸出的光波之間相位差很大，所以必須利用相干特性很好的激光作為光源以實現(xiàn)這些光波之間的干渉，但這導(dǎo)致了各種雜散波之間的干渉，從而開環(huán)差分雙干渉式光纖陀螺儀的噪聲較大且很難抑制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出ー種在光纖環(huán)面積和光纖長度不變的條件下實現(xiàn)SAGNAC效應(yīng)倍増和閉環(huán)控制的閉環(huán)差分雙干渉式光纖陀螺儀。ー種基于寬譜光源雙折射調(diào)制的差分雙干涉式閉環(huán)光纖陀螺儀，包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第一偏振分束器、第一調(diào)制器、第二調(diào)制器、第二偏振分束器、光纖環(huán)、第三偏振分束器、第一探測器和第二探測器；光源與第一I禹合器的A1端以45°熔接于熔點O1,第一f禹合器的C1端ロ與第二f禹合器的A2端ロ以0°熔接于熔點O2，第二耦合器的C2端ロ與第一偏振分束器以0°熔接于熔點O3，第一偏振分束器的兩個輸出端分別與第一調(diào)制器和第二調(diào)制器的一端以0°熔接于熔點04、O5，第一調(diào)制器和第二調(diào)制器的另一端分別與第二偏振分束器的兩個輸入端以0°熔接于熔點06、O7,第二偏振分束的輸出端與保偏光纖環(huán)的一端以0°熔接于熔點O8,第二率禹合器的D2端與光纖環(huán)的另外一端以0°熔接于熔點O9,第一f禹合器的B1端與第三偏振分束器的輸入端以0°熔接于熔點Oltl，第三偏振分束器的兩個輸出端分別與第一探測器和第 ニ探測器以0°熔接于點0n、012。
由寬譜光源，保偏耦合器，偏振分束器，調(diào)制器，保偏光纖環(huán)，探測器構(gòu)成，寬譜光源輸出偏振光經(jīng)過45°交叉耦合產(chǎn)生了兩個幅值相等、偏振方向垂直的光波，分別沿光纖的快、慢軸傳播，通過偏振分束器使兩路光波分開并在光纖環(huán)中相對獨立地傳播，從而以ー套設(shè)備實現(xiàn)兩套干涉光路，即兩套技術(shù)成熟的閉環(huán)干渉式光纖陀螺并行運轉(zhuǎn)，通過對兩路輸出信號進(jìn)行差分運算最終實現(xiàn)對SAGNAC效應(yīng)的加倍。本發(fā)明的優(yōu)點(I)實現(xiàn)了差分雙干渉式光纖陀螺的閉環(huán)控制；(2)采用了相干特性很弱的寬譜光源，避免了激光光源強相干特性導(dǎo)致的各種雜散波干涉而帶來的強噪聲；(3) SAGNAC 效應(yīng)加倍；(4)具有成熟的技術(shù)基礎(chǔ)，能達(dá)到較高的精度要求；


圖I是閉環(huán)差分雙干渉式光纖陀螺結(jié)構(gòu)框圖；圖2是熔點O1處光波示意圖；圖3是寬譜光源相干函數(shù)；圖4是調(diào)制器上施加的調(diào)制波形；圖5是第一探測器處干涉光強與調(diào)制相位關(guān)系(快軸干涉光路)；圖6是第二探測器處干涉光強與調(diào)制相位關(guān)系(慢軸干渉光路)。圖中I-光源2-第一耦合器 3-第二耦合器4-第一偏振分束器5-第一調(diào)制器 6-第二調(diào)制器7-第二偏振分束器8-光纖環(huán)9-第三偏振分束器10-第一探測器 11-第二探測器
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是ー種基于寬譜光源雙折射調(diào)制的差分雙干涉式閉環(huán)光纖陀螺儀，如圖I所示，包括光源I、第一耦合器2、第二耦合器3、第一偏振分束器4、第一調(diào)制器5、第二調(diào)制器6、第二偏振分束器7、光纖環(huán)8、第三偏振分束器9、第一探測器10和第二探測器11 ；光源I與第一I禹合器2的A1端以45°熔接于熔點O1,第一f禹合器2的C1端ロ與第ニ率禹合器3的A2端ロ以0°熔接于熔點O2,第二f禹合器3的C2端ロ與第一偏振分束器4以0°熔接于熔點03，第一偏振分束器4的兩個輸出端分別與第一調(diào)制器5和第二調(diào)制器6的一端以0°熔接于熔點04、O5，第一調(diào)制器5和第二調(diào)制器6的另一端分別與第二偏振分束器7的兩個輸入端以0°熔接于熔點06、O7,第二偏振分束7的輸出端與保偏光纖環(huán)8的一端以0°熔接于熔點O8,第二f禹合器3的D2端與光纖環(huán)8的另外一端以0°熔接于熔點O9,第一稱合器2的B1端與第三偏振分束器9的輸入端以0°熔接于熔點Oltl,第三偏振分束器9的兩個輸出端分別與第一探測器10和第二探測器11以0°熔接于點0n、012。在本發(fā)明中，光源I選用具有高偏振度的寬譜SLD光源，型號為SLD13;耦合器(第一耦合器2和第二耦合器3)選用保偏耦合器，型號為深圳朗光公司的PMC-X-2女2-1550-50/50-0-4X型保偏稱合器；偏振分束器(第一偏振分束器4、第二偏振分束器7和第三偏振分束器9)選用天津峻烽科技有限公司的PBS-I女2-1550-S-N型偏振分束器；調(diào)制器(第一調(diào)制器5和第二調(diào)制器6)選用直波導(dǎo)調(diào)制器，型號為PMS1522-CX-TL ;光纖環(huán)8選用保偏光纖環(huán)；探測器(第一探測器10和第二探測器11)選用武漢電信器件有限公司的PFTM901-001型光電探測器。光源I輸出線偏振光E,在熔點O1處由于45°交叉I禹合產(chǎn)生了幅值相等、偏振方向互相垂直的兩個波列X和Y，如圖2所示(其中快軸為保偏光纖的快軸方向，用X表示；慢軸為保偏光纖的慢軸方向，用Y表示)；X、Y這兩個波列分別沿保偏光纖的快、慢軸傳播，依次經(jīng)過第一耦合器2和第二耦合器3后被第一偏振分束器4分開成兩個獨立的光路，分別通過第一調(diào)制器5和第二調(diào)制器6后又經(jīng)由第二偏振分束器7匯合到同一根保偏光纖中，各 自沿快、慢軸傳播進(jìn)入到光纖環(huán)8;基于保偏光纖的特性，兩路光波將保持各自的偏振態(tài)以不同的速度在光纖中傳播，又考慮到寬譜光源I的相干特性(如圖3所示，寬譜光源歸ー化相干度隨光程差的增加而迅速減小，即只有光程差在一定長度內(nèi)的兩束光才會發(fā)生干渉，能有效減小背向瑞利散射、偏振交叉耦合和克爾效應(yīng)等引起的相干誤差)和整體結(jié)構(gòu)的光纖長度，兩個波列在輸出端(第一耦合器2的B1端ロ)不會重合，相互間也不會發(fā)生明顯的干渉，故可將二者看作兩個相互獨立的干渉光路，經(jīng)第三偏振分束器9后分別由第一探測器10和第二探測器11輸出信號，即用ー套設(shè)備實現(xiàn)兩套相對獨立的干渉光路，分別對每一光路運用成熟的單干涉式光纖陀螺的閉環(huán)調(diào)制技術(shù)得到相位信息，在第一調(diào)制器5和第ニ調(diào)制器6上分別加上如圖4所示的調(diào)制波形，即以周期性的方波分別對兩個相互獨立的光路進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制相位為叱=れ。土 /2 ;由此得到的兩路干渉波形分別如圖5、圖6所示，其中圖5坐標(biāo)軸上部表示的是第一路干渉儀干涉光強按余弦規(guī)律變化，下部為外加的相位調(diào)制波形，第一探測器10的輸出波形如右上角所示，陀螺靜止時輸出是一條直線，陀螺旋轉(zhuǎn)時工作點發(fā)生移動，輸出變成ー個與方波同頻的方波信號；圖6坐標(biāo)軸上部表不的是第二路干涉儀干涉光強按余弦規(guī)律變化，下部為外加的相位調(diào)制波形，第二探測器11的輸出波形如右上角所示，陀螺靜止時輸出是一條直線，陀螺旋轉(zhuǎn)時工作點發(fā)生移動，輸出變成一個與方波同頻的方波信號，再對兩路結(jié)果進(jìn)行差分運算，從而在光纖環(huán)面積和光纖長度不變的條件下實現(xiàn)SAGNAC效應(yīng)的倍増。
權(quán)利要求
1.一種基于寬譜光源雙折射調(diào)制的差分雙干涉式閉環(huán)光纖陀螺儀，其特征在于，包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第一偏振分束器、第一調(diào)制器、第二調(diào)制器、第二偏振分束器、光纖環(huán)、第三偏振分束器、第一探測器和第二探測器； 光源與第一稱合器的A1端以45°熔接于熔點O1,第一稱合器的C1端口與第二稱合器的八2端口以0°熔接于熔點O2,第二f禹合器的C2端口與第一偏振分束器以0°熔接于熔點O3，第一偏振分束器的兩個輸出端分別與第一調(diào)制器和第二調(diào)制器的一端以0°熔接于熔點04、O5，第一調(diào)制器和第二調(diào)制器的另一端分別與第二偏振分束器的兩個輸入端以0°熔接于熔點06、O7,第二偏振分束的輸出端與保偏光纖環(huán)的一端以0°熔接于熔點O8,第二率禹合器的D2端與光纖環(huán)的另外一端以0°熔接于熔點O9,第一稱合器的B1端與第三偏振分束器的輸入端以0°熔接于熔點Oltl，第三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以0°熔接于點0n、012。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于寬譜光源雙折射調(diào)制的差分雙干涉式閉環(huán)光纖陀螺儀，其特征在于，所述的光源選用具有高偏振度的寬譜SLD光源，型號為SLD13。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于寬譜光源雙折射調(diào)制的差分雙干涉式閉環(huán)光纖陀螺儀，其特征在于，所述的第一耦合器和第二耦合器選用保偏耦合器，型號為PMC-X-2 *2-1550-50/50-0-4X型保偏耦合器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于寬譜光源雙折射調(diào)制的差分雙干涉式閉環(huán)光纖陀螺儀，其特征在于，所述的第一偏振分束器、第二偏振分束器和第三偏振分束器選用PBS-I* 2-1550-S-N型偏振分束器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于寬譜光源雙折射調(diào)制的差分雙干涉式閉環(huán)光纖陀螺儀，其特征在于，所述的第一調(diào)制器和第二調(diào)制器選用直波導(dǎo)調(diào)制器，型號為PMS1522-CX-TL。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于寬譜光源雙折射調(diào)制的差分雙干涉式閉環(huán)光纖陀螺儀，其特征在于，所述的光纖環(huán)選用保偏光纖環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于寬譜光源雙折射調(diào)制的差分雙干涉式閉環(huán)光纖陀螺儀，其特征在于，所述的第一探測器和第二探測器選用PFTM901-001型光電探測器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于寬譜光源雙折射調(diào)制的差分雙干涉式閉環(huán)光纖陀螺儀，包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第一偏振分束器、第一調(diào)制器、第二調(diào)制器、第二偏振分束器、光纖環(huán)、第三偏振分束器、第一探測器和第二探測器；本發(fā)明實現(xiàn)了差分雙干涉式光纖陀螺的閉環(huán)控制；采用了相干特性很弱的寬譜光源，避免了激光光源強相干特性導(dǎo)致的各種雜散波干涉而帶來的強噪聲；使得SAGNAC效應(yīng)加倍；本發(fā)明具有成熟的技術(shù)基礎(chǔ)，能達(dá)到較高的精度要求。
文檔編號G01C19/72GK102650524SQ201210123989
公開日2012年8月29日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者宋凝芳, 張祖琛, 李彥, 李志敏, 杜士森, 肖智, 金靖 申請人:北京航空航天大學(xué)