CN101949712B - 一种关于光学陀螺效应验证的简易结构 - Google Patents
一种关于光学陀螺效应验证的简易结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101949712B CN101949712B CN2010102745523A CN201010274552A CN101949712B CN 101949712 B CN101949712 B CN 101949712B CN 2010102745523 A CN2010102745523 A CN 2010102745523A CN 201010274552 A CN201010274552 A CN 201010274552A CN 101949712 B CN101949712 B CN 101949712B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- interconnection device
- hollow turntable
- ring resonator
- led
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 12
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000008358 core component Substances 0.000 abstract description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
本发明涉及陀螺惯性器件，具体是一种关于光学陀螺效应验证的简易结构。本发明解决了现有陀螺惯性器件测量不灵便、灵敏度和分辨率难以进一步提高、成本高、受温度等环境条件变化影响大、以及不易集成的问题。一种关于光学陀螺效应验证的简易结构包括中空转台、固定于中空转台表面圆心处的环形谐振腔、以及与环形谐振腔耦合的双波导；双波导贯穿中空转台表面，中空转台的上下两侧分别设有三通道光纤旋转互连装置和四通道光纤旋转互连装置。本发明有效解决了现有陀螺惯性器件测量不灵便、灵敏度和分辨率难以进一步提高、成本高、受温度等环境条件变化影响大、以及不易集成的问题，适于作为惯导系统中的核心部件。
Description
技术领域
本发明涉及陀螺惯性器件，具体是一种关于光学陀螺效应验证的简易结构。
背景技术
陀螺惯性器件作为惯导系统中的核心部件，在国土防空、导航制导、控制技术等领域以及机器人、电子消费品等行业有着广泛的应用，其发展对一个国家的国防事业、基础工业以及高科技产业发展具有重要的战略意义。 现有陀螺惯性器件主要分为传统机械陀螺、微机械（MEMS）陀螺、光学陀螺（光纤陀螺、激光陀螺）等类型。其中，传统机械陀螺普遍存在体积大、启动时间长、存在可动部件等问题，难以实现灵便测量；微机械陀螺近年来发展非常迅速，其性能、精度及可靠性逐步提高，但随着器件的微小化，其质量和动量也随之急剧减小，其灵敏度和分辨率等指标的提高已达到检测极限状态；光学陀螺是依据Sagnac效应而设计产生的，其具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等优点，但其需要较为复杂的光电信号处理、成本较高、受温度等环境条件变化影响大、且不易集成。综上所述，现有陀螺惯性器件存在测量不灵便、灵敏度和分辨率难以进一步提高、成本高、以及不易集成的问题；基于此，有必要发明一种能解决上述问题的新型陀螺惯性器件。
发明内容
本发明为了解决现有陀螺惯性器件测量不灵便、灵敏度和分辨率难以进一步提高、成本高、受温度等环境条件变化影响大、以及不易集成的问题，提供了一种关于光学陀螺效应验证的简易结构。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种关于光学陀螺效应验证的简易结构，包括中空转台、固定于中空转台表面圆心处的环形谐振腔、以及与环形谐振腔耦合的双波导；双波导贯穿中空转台表面，中空转台的上下两侧分别设有三通道光纤旋转互连装置和四通道光纤旋转互连装置；其中，三通道光纤旋转互连装置的下部通过双波导与四通道光纤旋转互连装置的下部相连；三通道光纤旋转互连装置的上部通过光纤连接有掺铒光纤放大器，掺铒光纤放大器的输入端通过光纤连接有激光光源；四通道光纤旋转互连装置的上部通过光纤连接有探测器，探测器的输出端连接有信号处理单元；所述双波导为本领域技术人员容易实现的结构，可以有多种结构变形；所述掺铒光纤放大器、三通道光纤旋转互连装置、四通道光纤旋转互连装置、探测器、信号处理单元均为现有公知产品，可由市面购得。
工作时，激光光源通过光纤和掺铒光纤放大器将功率放大的激光引入三通道光纤旋转互连装置，双波导将三通道光纤旋转互连装置的下部和四通道光纤旋转互连装置的下部连接形成光通路，三通道光纤旋转互连装置内的激光经此光通路引入四通道光纤旋转互连装置，最终通过光纤引入探测器，探测器将激光转换为电信号送至信号处理单元；在此过程中，中空转台进行旋转，三通道光纤旋转互连装置的上部和四通道光纤旋转互连装置的上部均固定不动，三通道光纤旋转互连装置的下部和四通道光纤旋转互连装置的下部则随中空转台、以及安装于中空转台上的环形谐振腔一起进行旋转；与此同时，双波导与环形谐振腔进行耦合，在环形谐振腔内产生沿顺时针和逆时针两个方向传播的光，两光分别在环形谐振腔的传出口处产生拍频后，经双波导和光纤传至两个探测器；环形谐振腔旋转时，其相对腔周长会发生改变，因而在环形谐振腔内沿顺时针和逆时针两个方向传播的光的谐振频率会各自发生不同的变化，基于此，通过两探测器分别对沿两个方向传播的光进行检测，具体检测过程为：锁定沿顺时针（逆时针）方向传播的光，使其始终处于谐振状态，通过两探测器检测沿逆时针（顺时针）方向传播的光与沿顺时针（逆时针）传播的光之间的频差，所得频差转换为电信号进入信号处理单元，由信号处理单元计算出中空转台的转动角速度；与现有陀螺惯性器件相比，本发明所述的一种关于光学陀螺效应验证的简易结构具有以下优点：一、本发明采用的激光光源在进入耦合系统之前经过了掺铒光纤放大器放大，使得光功率得到增强，更易检测到陀螺效应；二、本发明采用光纤旋转互连装置作为光互连的中间介质，从而大大降低了把自由光耦合到光波导中所带来的光损耗，为检测陀螺效应提供了可靠的保障；三、本发明采用的核心敏感元件为环形谐振腔，与传统光纤陀螺所采用的光纤环相比，环形谐振腔具有体积小、结构简单、易于集成应用、高抗过载等优点，因而更适用于高灵敏度测量领域；综上所述，本发明所述的一种关于光学陀螺效应验证的简易结构彻底解决了现有陀螺惯性器件测量不灵便、灵敏度和分辨率难以进一步提高、成本高、受温度等环境条件变化影响大、以及不易集成的问题。
本发明有效解决了现有陀螺惯性器件测量不灵便、灵敏度和分辨率难以进一步提高、成本高、受温度等环境条件变化影响大、以及不易集成的问题，适于作为惯导系统中的核心部件。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的双波导与环形谐振腔的耦合示意图。
图中：1-激光光源，2-掺铒光纤放大器，3-三通道光纤旋转互连装置，4-双波导，5-环形谐振腔，6-中空转台，7-四通道光纤旋转互连装置，8-探测器，9-信号处理单元。
具体实施方式
一种关于光学陀螺效应验证的简易结构，包括中空转台6、固定于中空转台6表面圆心处的环形谐振腔5、以及与环形谐振腔5耦合的双波导4；双波导4贯穿中空转台6表面，中空转台6的上下两侧分别设有三通道光纤旋转互连装置3和四通道光纤旋转互连装置7；其中，三通道光纤旋转互连装置3的下部通过双波导4与四通道光纤旋转互连装置7的下部相连；三通道光纤旋转互连装置3的上部通过光纤连接有掺铒光纤放大器2，掺铒光纤放大器2的输入端通过光纤连接有激光光源1；四通道光纤旋转互连装置7的上部通过光纤连接有探测器8，探测器8的输出端连接有信号处理单元9；双波导4为锥形光纤，双波导4的锥形部分与环形谐振腔5耦合，如图2所示，工作时，双波导4的锥形部分与环形谐振腔5的间距为耦合效率最大处；具体实施时，双波导4的材料为Si，其几何形状采用细长方体，细长方体宽为1-2um，厚度为0.75-1um；环形谐振腔5采用通过MEMS加工技术在SOI材料的Si层上加工而成的平面环形微腔，其材料为Si，半径为20-25um，环厚度为1-2um；中空转台6采用中空型精密转台。
Claims (2)
1.一种关于光学陀螺效应验证的简易结构，其特征在于：包括中空转台（6）、固定于中空转台（6）表面圆心处的环形谐振腔（5）、以及与环形谐振腔（5）耦合的双波导（4）；双波导（4）贯穿中空转台（6）表面，中空转台（6）的上下两侧分别设有三通道光纤旋转互连装置（3）和四通道光纤旋转互连装置（7）；其中，三通道光纤旋转互连装置（3）的下部通过双波导（4）与四通道光纤旋转互连装置（7）的下部相连；三通道光纤旋转互连装置（3）的上部通过光纤连接有掺铒光纤放大器（2），掺铒光纤放大器（2）的输入端通过光纤连接有激光光源（1）；四通道光纤旋转互连装置（7）的上部通过光纤连接有两个探测器（8），该两个探测器（8）的输出端连接有信号处理单元（9）；
中空转台（6）进行旋转，三通道光纤旋转互连装置（3）的上部和四通道光纤旋转互连装置（7）的上部均固定不动，三通道光纤旋转互连装置（3）的下部和四通道光纤旋转互连装置（7）的下部则随中空转台（6）、以及安装于中空转台（6）上的环形谐振腔（5）一起进行旋转；
双波导（4）与环形谐振腔（5）进行耦合，在环形谐振腔（5）内产生沿顺时针和逆时针两个方向传播的光，两光分别在环形谐振腔（5）的传出口处产生拍频后，经双波导（4）和光纤传至上述的两个探测器（8）；通过上述的两个探测器（8）分别对沿两个方向传播的光进行检测，所得频差转换为电信号进入信号处理单元（9），由信号处理单元（9）计算出中空转台（6）的转动角速度。
2.根据权利要求1所述的一种关于光学陀螺效应验证的简易结构，其特征在于：双波导（4）为锥形光纤，双波导（4）的锥形部分与环形谐振腔（5）耦合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010102745523A CN101949712B (zh) | 2010-09-07 | 2010-09-07 | 一种关于光学陀螺效应验证的简易结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010102745523A CN101949712B (zh) | 2010-09-07 | 2010-09-07 | 一种关于光学陀螺效应验证的简易结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101949712A CN101949712A (zh) | 2011-01-19 |
| CN101949712B true CN101949712B (zh) | 2012-07-25 |
Family
ID=43453290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010102745523A Expired - Fee Related CN101949712B (zh) | 2010-09-07 | 2010-09-07 | 一种关于光学陀螺效应验证的简易结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101949712B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2210991A (en) * | 1987-10-09 | 1989-06-21 | Oki Electric Ind Co Ltd | Optical switch matrix |
| CN1158550C (zh) * | 2002-04-26 | 2004-07-21 | 天津大学 | 光纤双向传输旋转连接器 |
| CN1228609C (zh) * | 2002-06-20 | 2005-11-23 | 北京大学 | 无源谐振型光纤陀螺拍频检测方法 |
| CN100533189C (zh) * | 2007-11-23 | 2009-08-26 | 浙江大学 | 无交叉点的空间型集成光学多圈环形谐振腔 |
| CN101793997A (zh) * | 2010-02-10 | 2010-08-04 | 北京航空航天大学 | 一种环形谐振腔 |
| CN101793520A (zh) * | 2010-01-30 | 2010-08-04 | 中北大学 | 基于光学微腔的集成光波导陀螺 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2850760A1 (fr) * | 2003-01-30 | 2004-08-06 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif d'aiguillage selectif en longueur d'onde |
-
2010
- 2010-09-07 CN CN2010102745523A patent/CN101949712B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2210991A (en) * | 1987-10-09 | 1989-06-21 | Oki Electric Ind Co Ltd | Optical switch matrix |
| CN1158550C (zh) * | 2002-04-26 | 2004-07-21 | 天津大学 | 光纤双向传输旋转连接器 |
| CN1228609C (zh) * | 2002-06-20 | 2005-11-23 | 北京大学 | 无源谐振型光纤陀螺拍频检测方法 |
| CN100533189C (zh) * | 2007-11-23 | 2009-08-26 | 浙江大学 | 无交叉点的空间型集成光学多圈环形谐振腔 |
| CN101793520A (zh) * | 2010-01-30 | 2010-08-04 | 中北大学 | 基于光学微腔的集成光波导陀螺 |
| CN101793997A (zh) * | 2010-02-10 | 2010-08-04 | 北京航空航天大学 | 一种环形谐振腔 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 祝曙光等.一种新型谐振型光纤陀螺结构.《全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议论文集》.2003,全文. * |
| 祝曙光等.双环谐振型光纤陀螺的特性分析.《北京大学学报(自然科学版)》.2004,第40卷(第3期),全文. * |
| 贾大功等.无源光纤旋转连接器的发展.《仪器仪表学报》.2003,第24卷(第4期),全文. * |
| 贾大功等.无源对称光学结构双通道光纤旋转连接器.《光电工程》.2004,第31卷(第6期),全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101949712A (zh) | 2011-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103389084B (zh) | 基于双耦合光纤环形谐振腔相干效应的谐振式光纤陀螺 | |
| CN112066967B (zh) | 一种芯片级谐振式声光耦合固态波动陀螺 | |
| CN103115628B (zh) | 一种谐振式光学陀螺标度因数测试方法 | |
| JP6448793B2 (ja) | ３軸ｍｅｍｓジャイロ | |
| CN105606083B (zh) | 一种外支撑四质量块mems谐振式陀螺仪 | |
| CN104819710B (zh) | 一种具有温度补偿结构的谐振式硅微机械陀螺 | |
| US20240053148A1 (en) | A chip-level disc-type acousto-optic standing wave gyroscope | |
| CN104502630A (zh) | 单芯片双轴水平光纤加速度传感器及其制备方法 | |
| CN105300507B (zh) | 光纤振动传感器及其m-z传感臂光路结构 | |
| CN103234535B (zh) | 一种石英音叉式双轴微陀螺仪 | |
| CN106441261B (zh) | 一种微机械陀螺仪 | |
| CN101793520B (zh) | 基于光学微腔的集成光波导陀螺 | |
| CN101871950B (zh) | 基于集成输入输出端的光学谐振腔微加速度计 | |
| CN102226699B (zh) | 一种全光纤惯性传感装置 | |
| CN102003959B (zh) | 一种环形光学微腔式光纤陀螺 | |
| CN101949712B (zh) | 一种关于光学陀螺效应验证的简易结构 | |
| CN101339025B (zh) | 具有正方形表面长方体压电振子的全固态双轴陀螺仪 | |
| CN107101629B (zh) | 一种硅微机械石墨烯梁谐振式陀螺仪 | |
| CN205449087U (zh) | 外支撑四质量块mems谐振式陀螺仪 | |
| CN201993214U (zh) | 一种用于结构振动检测的分布式光纤振动传感器 | |
| CN105319394B (zh) | 一种基于共振光隧穿效应的角加速度检测器及检测方法 | |
| CN102692268A (zh) | 一种用于结构振动检测的分布式光纤振动传感器 | |
| CN102435778B (zh) | 一种带法-珀腔结构的硅微自谐振二维加速度传感器 | |
| CN203981177U (zh) | 一种基于级联微环谐振器慢光效应的光纤陀螺仪 | |
| CN101339028A (zh) | 具有“回”型槽结构压电振子的全固态双轴陀螺仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yan Shubin Inventor after: Yang Yuhua Inventor after: Xue Chenyang Inventor after: Liu Jun Inventor after: Zhang Wendong Inventor after: Zhang Yuguang Inventor after: Li Peng Inventor after: Yan Yingzhan Inventor before: Yan Shubin Inventor before: Xue Chenyang Inventor before: Liu Jun Inventor before: Zhang Wendong Inventor before: Zhang Yuguang Inventor before: Li Peng Inventor before: Yan Yingzhan |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: YAN SHUBIN XUE CHENYANG LIU JUN ZHANG WENDONG ZHANG YUGUANG LI PENG YAN YINGZHAN TO: YAN SHUBIN YANG YUHUA XUE CHENYANG LIU JUN ZHANG WENDONG ZHANG YUGUANG LI PENG YAN YINGZHAN |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120725 Termination date: 20140907 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |