一種光纖陀螺儀的新型探測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信技術領域，更加具體地，涉及一種干涉式消偏光纖陀螺儀的雙路 平衡差分檢測原理及裝置。
【背景技術】
[0002] 陀螺儀是一種轉動傳感器，用于測定其所在載體的轉動角速度。陀螺儀被廣泛地 應用于飛行器及武器的制導、工業(yè)及軍事上的精密測量等領域。常見的陀螺儀有三種類型： 機械陀螺儀，激光陀螺儀，和光纖陀螺儀（Fiber-optic gyroscope，F(xiàn)0G)。機械陀螺儀是 利用高速旋轉體的旋轉軸具有保持其方向的趨勢這樣一個物理原理而制造出的定向裝置， 由于機械陀螺儀包含活動部件其結構復雜、工藝要求高、制約精度進一步提高的因素眾多。 光學陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高等特點，目前穩(wěn)定度不及高精度現(xiàn)代機械陀螺，但潛力 大。由于應用的需要，新型的陀螺儀應具有高的靈敏度與穩(wěn)定度，較低的成本和功耗，以及 體積小等特征。
[0003] 光學陀螺儀的原理基于薩格納克效應（Sagnac effect)。具體說，在轉動的閉合光 路中，由同一光源發(fā)出的兩束特征相同的光分別沿順時針（CW)方向和逆時針（CCW)方向傳 輸時發(fā)生干涉，利用檢測相位差或干涉條紋的變化，就可以測出閉合光路旋轉角速度。薩格 納克效應的一種常見表達方式是順時針方向（CW)和逆時針方向（CCW)傳輸?shù)膬墒猱a生 了與旋轉角速度成正比的相位差Λ φ，這個相位差被稱作薩格納克相移，表達式如下：
【主權項】
1. 一種干涉式消偏光纖陀螺儀的差分平衡探測方法，其中所述光纖陀螺儀包括相位調 制器，所述方法包括： 測試用干涉式消偏光纖陀螺儀的光學結構，該光學結構要求在光源與光源耦合器間、 光源耦合器與光纖環(huán)耦合器間、在光纖環(huán)耦合器與光纖環(huán)之間分別添加Iyot消偏器， 相位調制采用具有光纖陀螺儀本證頻率的正弦信號，該正弦信號的幅度要進行相應的 調整，使得調制深度值穩(wěn)定在1. 841附近， 利用雙通道光電平衡探測器，同時探測干涉式消偏光纖陀螺儀的互易端口（I口）和非 互易端口（II口）， 互易端口光電轉換后得到I路電信號，非互易端口光電轉換后得到II路電信號，利用 數(shù)字采集系統(tǒng)分別采集I路電信號和II路電信號，在數(shù)字域中去除直流分量后，分別將I 路電信號和II路電信號進行歸一化處理，得到第III路、第IV路信號 將第III路、第IV路信號做差得到第V路信號； 利用預定的解調程序和第V路信號解調出角速度和其統(tǒng)計特性。 其中，所述預定的解調程序為利用開環(huán)光纖陀螺儀的一次、二次和四次諧波解調角速 度和調制深度。
2. 如權利要求1所述的方法，其中，所述光纖陀螺儀利用寬譜光源與3dB單模耦合器、 Iyot消偏器、PZT相位調制器、單模光纖環(huán)依次連接實現(xiàn)。
3. 如權利要求1所述的方法，其中，所述光纖陀螺儀利用寬譜光源與第一個Iyot消偏 器相連，第一個Iyot消偏器與第一個3dB單模光纖稱合器相連、第一個3dB單模稱合器的 直通臂與第二Iyot消偏器相連，第二個Iyot消偏器與第二個3dB單模耦合器相連、第二個 3dB單模耦合器與兩個Loyt消偏器相連，兩個Loyt消偏器依次通過保偏光纖連接，并與其 后的PZT相位調制器、單模光纖環(huán)通過單模光纖連接實現(xiàn)。
4. 如權利要求1所述方法，當未加調制信號時： I 口信號Ijl+kicos^); II 口f目號l2[l_k2cos(4> + 4)〇)]; 利用交流耦合，去除直流項后： I 口信號Iik1Cos II口f目號+ ; 歸一化公式： I口 =I1Ic1Cos/I1Ic1 Iin;_I2k2cos(4> + 4)〇)]/I2k2 差分公式：cos+cos( 0)。
5. 如權利要求1所述的方法，其中，所述調制頻率為所述光纖陀螺的本證頻率，施加的 正弦信號形式是VciSin (wmt)。
6. 如權利要求1所述的方法，其中，所述預定的解調程序為利用開環(huán)光纖陀螺儀的一 次、二次和四次諧波解調角速度和調制深度。
7. -種用于對干涉式消偏光纖陀螺儀的差分平衡探測的探測裝置，其中所述光纖陀螺 儀包括相位調制器，所述探測裝置包括： 調制信號施加單元，用于向所述相位調制器施具有本證調制頻率和可調幅度的正弦信 號； 光電轉換裝置為雙通道光電平衡探測器，該探測器包括光電裝換器ro和前置放大濾 波模塊； 采樣率高于本證頻率10倍以上的數(shù)字采集系統(tǒng)。
8.如權利要求1所述的方法，其中，所述光纖陀螺儀利用寬譜光源與3dB單模耦合器、 Iyot消偏器、PZT相位調制器、單模光纖環(huán)依次連接實現(xiàn)。
9.如權利要求I所述的方法，其中，所述光纖陀螺儀利用寬譜光源與第一個Iyot消偏 器相連，第一個Iyot消偏器與第一個3dB單模光纖稱合器相連、第一個3dB單模稱合器的 直通臂與第二Iyot消偏器相連，第二個Iyot消偏器與第二個3dB單模耦合器相連、第二個 3dB單模耦合器與兩個Loyt消偏器相連，兩個Loyt消偏器依次通過保偏光纖連接，并與其 后的PZT相位調制器、單模光纖環(huán)通過單模光纖連接實現(xiàn)。
10. 如權利要求7所述的探測裝置，其中，所述相位調制器上所施加的正弦信號如權利 要求1所述的方法，其中，所述相位調制器上所施加的正弦信號是VtlSin(wmt)， 利用交流耦合，去除直流項后歸一化公式： I 口 =Iik1CosIi(6+A(J) (t)] /I1Ic1 II 口 ：_121^2(308[(|5 + (|5。+八（J)(t)] /I2k2 差分公式：cos[ +A4) (t)]+cos[ Q+A4) (t)] 其中△Cj5 (t)為調制信號所引起的調制相移。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光纖陀螺儀的新型探測方法，其中探測端口為干涉式消偏光纖陀螺儀的互易端口(I口)和非互易端口(II口)，信號處理采取差分信號處理方式，所述方法包括：測試用干涉式消偏光纖陀螺儀的光學結構要求在光源與光源耦合器間、光源耦合器與光纖環(huán)耦合器間、在光纖環(huán)耦合器與光纖環(huán)之間分別添加lyot消偏器；相位調制采用具有光纖陀螺儀本證頻率的正弦信號；該正弦信號的幅度要進行相應的調整，使得調制深度值穩(wěn)定在1.841附近；利用雙通道光電平衡探測器，同時探測干涉式消偏光纖陀螺儀的互易端口(I口)和非互易端口(II口)，將兩路光電轉換后的電信號歸一化后做差分處理，利用差分結果進行陀螺儀信號的解調。該方法可以有效降低光纖陀螺儀的隨機游走，并提高光纖陀螺儀的零偏穩(wěn)定性。
【IPC分類】G01C19-72
【公開號】CN104729493
【申請?zhí)枴緾N201310697603
【發(fā)明人】趙大宇, 張振榮
【申請人】廣西大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2013年12月18日