CN101476889A - 满足互易性的分体式光纤陀螺仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种满足互易性的分体式光纤陀螺仪。是惯性导航系统中的关键传感器。前端敏感单元，其作为光纤陀螺仪的敏感头，包括光纤环和Y波导相位调制器，预留出相应的光纤接口与Y波导的控制信号线输入接口与后端相连接；后端处理单元，主要处理敏感头的产生的干涉光信号、调制输出激光至前端处理单元与输出，包括信号处理电路、陀螺信号输入输出接口、光耦合器、激光光源和光探测器，同样留出与前端敏感单元连接的光纤接口与Y波导控制信号输出接口。本发明还有一种方式，就是将光耦合器从后端处理单元移到前端敏感单元，同样满足互易性条件。本发明的光纤陀螺仪在满足互易性的前提下将光纤陀螺分体而大大压缩了前端敏感单元的体积。

Description

满足互易性的分体式光纤陀螺仪
技术领域
本发明涉及一种光纤陀螺仪，尤其涉及一种满足互易性的分体式光纤陀螺仪。
背景技术
光纤陀螺仪作为新一代惯性导航的关键传感器，因其无可比拟的抗冲击、抗干扰、高精度、大动态而备受关注，发展迅速。其应用范围越来越广泛，特别在精度与体积重量要求均较苛刻、环境恶劣的场合发挥着不可替代的作用。但是，传统的光纤陀螺仪将敏感环、光源、探测器等各个器件和所有的电路板装在一个支架(罩)中，无法做到足够小而满足日益增长的对陀螺仪小型化、微型化的需求。
目前很多惯导系统中对敏感单元的体积、重量有着严苛的限制，而对于后端信号处理等部分留有相当的空间，允许安放较大的部件。
传统的光纤陀螺仪由于把敏感环、光源、探测器等各个器件及所有的电路板都集中在一起，从而造成光纤陀螺仪的体积都比较大，重量都比较重；但是目前很多惯导系统中对敏感单元的体积、重量有着严苛的限制，从而使得传统的光纤陀螺仪无法满足这些应用。
发明内容
为了解决上述当前传统光纤陀螺与应用的矛盾，本发明的目的在于提供一种满足互易性的分体式光纤陀螺仪，是将光纤陀螺中较小的敏感光纤环与处理电路板、光源等分开，就能形成体积小，重量轻的敏感单元。
本发明采用的技术方案是：
技术方案1：
1)前端敏感单元：包括光纤环和Y波导相位调制器；光纤环两端分别与Y波导相位调制器的两输出端连接；
2)后端处理单元：包括信号处理电、光耦合器、激光光源、光探测器和光纤陀螺信号输入输出接口；激光光源的输出端和光探测器的输入端分别与光耦合器的一端相连接，光耦合器的另一端通过第一光纤与前端敏感单元中的Y波导相位调制器的输入端相连；信号处理电路的第一、第二输出用信号线分别与激光光源、光探测器，第三输出用信号线和前端敏感单元中Y波导相位调制器的控制端相连；
3)前后端的连接的通信线：由两根控制Y波导的信号线和第一光纤组成。
技术方案2：
1)前端敏感单元：包括光纤环、Y波导相位调制器和光耦合器组成；光纤环两端分别与Y波导相位调制器的两输出端连接；Y波导相位调制器的输入端经第二光纤与光耦合器的一端相连接；
2)后端处理单元：包括信号处理电路、激光光源、光探测器和光纤陀螺信号输入输出接口；激光光源的输出端和光探测器的输入端分别通过第三、第四光纤和前端敏感单元中的第五、第六光纤分别与前端敏感单元中光耦合器的另一端相连接；信号处理电路的第一、第二输出用信号线分别与激光光源、光探测器，第三输出用信号线和前端敏感单元中Y波导相位调制器的控制端相连；
3)前后端的连接的通信线：由两根控制Y波导的信号线和第三、第四光纤组成。
分体式光纤陀螺仪，如果单独将敏感环放在一边，虽然获得最小的敏感单元，但它将破坏陀螺互易性，造成陀螺仪的漂移，系统不能稳定工作。因此上述两种结构的分体式光纤陀螺仪满足了陀螺的互易性，不会造成陀螺仪的漂移，系统能够稳定工作，同时又能满足敏感单元小型化，微型化的需求。
本发明与传统光纤陀螺仪相比，具有的有益效果是：
满足互易性的光纤陀螺仪分为前端敏感单元和后端处理单元的结构解决了传统光纤陀螺仪不能实现的小型化、微型化的难题，而且使得光纤陀螺的敏感单元根据应用的场合的不同设计相应的大小、形状等，其与后端处理单元的距离可以根据前后端线路的连接长短方便地调节。由此使得光纤陀螺仪在各个严苛的场合的应用得到很大的扩展。而且由于满足互易性，不会造成漂移，使得光纤陀螺的整体性能与传统光纤陀螺仪相比不会受到影响，这是传统光纤陀螺无法比拟的。
附图说明
图1是光耦合器置于后端处理单元的满足互易性的分体式光纤陀螺仪(光耦合器后置式)的系统示意图。
图2是光耦合器置于前端敏感单元的满足互易性的分体式光纤陀螺(光耦合器前置式)的系统示意图。
图中：1.后端处理单元；2.前端敏感单元；3.通信线路；4.激光光源；5.光耦合器；6.Y型波导相位调制器；7.光纤环；8.光纤；9.信号线；10.光探测器；11.信号处理电路；12.光纤陀螺仪的输入输出接口；13.光纤；14.光纤；15.光纤；16.光纤；17.光纤；
具体实施方式
如图1所示，本发明的第一种实施方式，将光耦合器后置式的分体式光纤陀螺仪。由前端敏感单元和后端处理单元组成；其中：
1)前端敏感单元2：包括光纤环7和Y波导相位调制器6；光纤环7两端分别与Y波导相位调制器6的两输出端连接；
2)后端处理单元1：包括信号处理电路11、光耦合器5、激光光源4、光探测器10和光纤陀螺信号输入输出接口12；激光光源4的输出端和光探测器10的输入端分别与光耦合器5的一端相连接，光耦合器5的另一端通过光纤8与前端敏感单元2中的Y波导相位调制器6的输入端相连；信号处理电路11的第一、第二输出用信号线分别与激光光源4、光探测器10，第三输出用信号线9和前端敏感单元2中Y波导相位调制器6的控制端相连。
光纤环7和Y波导相位调制器6组成前端敏感单元2，光纤环7两端分别与Y波导相位调制器6的两输出端连接。Y波导相位调制器作用是对光进行分束、调制和起偏作用，它的分束端分别与光纤环7的两端相连接，另一端作为一个与后端相连的接口引出来，Y波导相位调制器的控制信号也作为前端敏感单元的接口引出来与后端处理单元相连。
信号处理电路11、光耦合器5、激光光源4、光探测器10和光纤陀螺信号输入输出接口12组成后端处理单元1，其中激光光源4的输出端和光探测器10的输入端分别与光耦合器5的一端相连接，光耦合器5的另一端通过光纤8与前端敏感单元2中的Y波导相位调制器6的输入端相连；信号处理电路11的第一、第二输出用信号线分别与激光光源4、光探测器10，第三输出用信号线9和前端敏感单元2中Y波导相位调制器6的控制端相连；信号处理电路11是一块专用的光纤陀螺处理电路，它主要调制激光器4作为光源、处理光探测器10接收到的光干涉信号、产生对Y波导的控制信号，还有把处理结果返回到陀螺信号的输入输出接口12。三端光耦合器5的二端分别接激光器输出和光探测器，另一端作为后端信号处理单元与前端敏感单元的接口与前端敏感单元接口相连接。信号处理电路产生的对Y波导的控制信号也作为后端处理单元与前端敏感单元的接口与前端敏感单元接口的相连接。
前端敏感单元2和后端处理单元1通过通信线3连接，它包括两根控制Y波导相位调制器的信号线9和光纤8组成。
如图2所示的是本发明的第二种实施方式，将光耦合器前置式的分体式光纤陀螺仪。光纤环7、Y波导相位调制器6和光耦合器5组成前端敏感单元2，光纤环7两端分别与Y波导相位调制器6的两输出端连接；Y波导相位调制器6的输入端通过光纤17与光耦合器5的一端相连接。Y波导相位调制器作用是对光进行分束、调制和起偏作用。
信号处理电路11、激光光源4、光探测器10和光纤陀螺信号输入输出接口12组成后端处理单元1；激光光源4的输出端和光探测器10的输入端分别通过两根光纤13、14与与前端敏感单元2中光耦合器5的另一端引出的光纤15、16相连接；信号处理电路11的第一、第二输出用信号线分别与激光光源4、光探测器10，第三输出用信号线9和前端敏感单元2中Y波导相位调制器6的控制端相连。信号处理电路11是一块专用的光纤陀螺处理电路，它主要调制激光器4作为光源、处理光探测器10接收到的光干涉信号、产生对Y波导相位调制器的控制信号，还有把处理结果返回到陀螺信号的输入输出接口12。信号处理电路产生的对Y波导的控制信号也作为后端处理单元与前端敏感单元的接口与前端敏感单元接口的相连接。
前端敏感单元2和后端处理单元1通过通信线3连接：由两根控制Y波导的信号线9和两根光纤13、14组成。
它与第一种方式的不同之处在于将光耦合器放到前端敏感单元中，这样的结构同样满足互易性，不会引起漂移。
其中的信号处理电路、光耦合器、激光光源、光探测器、光纤环和光纤陀螺信号输入输出接口用的是传统光纤陀螺仪里面的部件，可以根据需要进行选择使用。

Claims (2)

1、一种满足互易性的分体式光纤陀螺仪，其特征在于：由前端敏感单元(2)和后端处理单元(1)组成；其中：
1)前端敏感单元(2)：包括光纤环(7)和Y波导相位调制器(6)；光纤环(7)两端分别与Y波导相位调制器(6)的两输出端连接；
2)后端处理单元(1)：包括信号处理电路(11)、光耦合器(5)、激光光源(4)、光探测器(10)和光纤陀螺信号输入输出接口(12)；激光光源(4)的输出端和光探测器(10)的输入端分别与光耦合器(5)的一端相连接，光耦合器(5)的另一端通过第一光纤(8)与前端敏感单元(2)中的Y波导相位调制器(6)的输入端相连。信号处理电路(11)的第一、第二输出用信号线分别与激光光源(4)、光探测器(10)，第三输出用信号线(9)和前端敏感单元(2)中Y波导相位调制器(6)的控制端相连；
3)前后端的连接的通信线(3)：由两根控制Y波导的信号线(9)和第一光纤(8)组成。
2、一种满足互易性的分体式光纤陀螺仪，其特征在于：由前端敏感单元(2)和后端处理单元(1)组成；其中：
1)前端敏感单元(2)：包括光纤环(7)、Y波导相位调制器(6)和光耦合器(5)组成；光纤环(7)两端分别与Y波导相位调制器(6)的两输出端连接；Y波导相位调制器(6)的输入端经第二光纤(17)与光耦合器(5)的一端相连接；
2)后端处理单元(1)：包括信号处理电路(11)、激光光源(4)、光探测器(10)和光纤陀螺信号输入输出接口(12)；激光光源(4)的输出端和光探测器(10)的输入端分别通过第三、第四光纤(13、14)和前端敏感单元(2)中的第五、第六光纤(15、16)分别与前端敏感单元(2)中光耦合器(5)的另一端相连接；信号处理电路(11)的第一、第二输出用信号线分别与激光光源(4)、光探测器(10)，第三输出用信号线(9)和前端敏感单元(2)中Y波导相位调制器(6)的控制端相连；
3)前后端的连接的通信线(3)：由两根控制Y波导的信号线(9)和第三、第四光纤(13、14)组成。
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