CN104613954B - 单光源双波峰的光纤陀螺仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单光源双波峰的光纤陀螺仪。由双波峰宽谱光源发出的光经耦合器进入Y波导集成光学芯片的输入端，其中的Y分束器将光束一分为二后输出，两束光分别按顺时针、反时针方向经光纤传感环后返回Y分束器合成形成干涉，经Y波导集成光学芯片输入端至耦合器一分为二，其中一束再经波分复用器将双波峰光源的二个峰分离开来,分别用两个光电探测器将两个波长光的光干涉信号转化为电信号，信号处理单元和模拟开关实现一个本征周期内处理两种波长光干涉信号，同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信息。本发明提供一种刻度因子稳定的解决方案，同时也可以用于测量外界转速信息相同时两种波长间距。
Description
技术领域
本发明涉及陀螺仪，尤其涉及一种单光源双波峰的光纤陀螺仪。
背景技术
传统的闭环光纤陀螺如图2。由宽谱光源12发出的光经分束器2一分为二，其中一束进入Y波导集成光学芯片3的输入端，Y波导集成光学芯片3上集成有起偏器、Y分束器和相位调制器，Y波导集成光学芯片3中的Y分束器将光束一分为二后输出，其中上光束按顺时针方向经过光纤传感环4后返回Y波导集成光学芯片3；下光束按反时针方向经过光纤传感环4后返回Y波导集成光学芯片3；这二束顺时针光和反时针光由Y波导集成光学芯片3中的Y分束器合成形成干涉，经芯片3输入端至分束器2一分为二，其中一束由光电探测器6变为电信号，经过信号处理单元13，生产反馈加到Y波导集成光学芯片3中相位调制器上，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。这种陀螺的缺点是刻度因子稳定性差，本发明的目的是提供一种刻度因子稳定的光纤陀螺仪；同时本发明还可以用于测量外界转速信息相同时两种波长间距。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种刻度因子稳定的单光源双波峰的光纤陀螺仪；同时还可以利用本发明测量外界转速信息相同时两种波长之间间距。
使用单光源双波峰的光纤陀螺仪包括双波峰宽谱光源、耦合器、Y波导集成光学芯片、光纤传感环、波分复用器、第一光电探测器、 第二光电探测器、第一同步模拟开关、 第二同步模拟开关、信号处理单元、同步时钟信号源；由双波峰宽谱光源发出的光经耦合器进入Y波导集成光学芯片的输入端，Y波导集成光学芯片上集成有起偏器、Y分束器和相位调制器， Y分束器将光束一分为二，其中上光束按顺时针方向经过光纤传感环后返回Y波导集成光学芯片；下光束按反时针方向经过光纤传感环后返回Y波导集成光学芯片；顺时针光和反时针光由Y波导集成光学芯片中的Y分束器合成形成干涉，经Y波导集成光学芯片输入端返回至耦合器后一分为二，其中一束到达波分复用器，将双波峰光的二个峰分离开来，其中第一峰的光干涉信号由第一光电探测器变为电信号，第二峰的光干涉信号由第二光电探测器变为电信号，第一光电探测器、 第二光电探测器的输出经过同步开关送入信号处理单元，前半个光纤陀螺仪本征周期处理第一光电探测器输出的电信号，后半个光纤陀螺仪本征周期处理第二光电探测器输出的电信号，信号处理单元生产反馈信号通过同步开关加到Y波导集成光学芯片中相位调制器上，前半个本征周期加到Y波导集成光学芯片中的反馈信号为第一光电探测器电信号的处理信号，后半个本征周期加到Y波导集成光学芯片中的反馈信号为第二光电探测器电信号的处理信号，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信息，第一同步模拟开关、 第二同步模拟开关以及信号处理单元都由同一个同步时钟信号源控制。
所述的双波峰宽谱光源采用980纳米泵浦光源激发掺铒光纤，产生1530纳米和1560纳米双波峰宽谱光源，所述的波分复用器分离的波长分别为1530纳米和1560纳米，所述的同步时钟信号源频率为光纤陀螺仪本征频率两倍，在前半个本征周期实现对1530纳米光干涉信号的处理，在后半个本征周期实现对1560纳米光干涉信号的处理。
本发明是在传统光纤陀螺仪中采用双波峰宽谱光源，取代了传统的半导体超辐射二极管，实现两种波长光在光纤传感环中传输；使用波分复用器将两种波长分开，分别进行探测，处理。同时可以利用一路探测器信号经信号处理单元输出去控制光源的波长，从而实现光纤陀螺标度因子的稳定性。也可以用于测量外界转速信息相同时两种波长之间间距。
附图说明
图1是使用单光源双波峰新型光纤陀螺仪结构示意图；
图2是传统的光纤陀螺仪结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，使用单光源双波峰的光纤陀螺仪包括双波峰宽谱光源1、耦合器2、Y波导集成光学芯片3、光纤传感环4、波分复用器5、第一光电探测器6、 第二光电探测器7、第一同步模拟开关8、 第二同步模拟开关9、信号处理单元10、同步时钟信号源11；由双波峰宽谱光源1发出的光经耦合器2进入Y波导集成光学芯片3的输入端，Y波导集成光学芯片3上集成有起偏器、Y分束器和相位调制器， Y分束器将光束一分为二，其中上光束按顺时针方向经过光纤传感环4后返回Y波导集成光学芯片3；下光束按反时针方向经过光纤传感环4后返回Y波导集成光学芯片3；顺时针光和反时针光由Y波导集成光学芯片3中的Y分束器合成形成干涉，经Y波导集成光学芯片3输入端返回至耦合器2后一分为二，其中一束到达波分复用器5，将双波峰光的二个峰分离开来，其中第一峰的光干涉信号由第一光电探测器6变为电信号，第二峰的光干涉信号由第二光电探测器7变为电信号，第一光电探测器6、 第二光电探测器7的输出经过同步开关8送入信号处理单元10，前半个光纤陀螺仪本征周期处理第一光电探测器6输出的电信号，后半个光纤陀螺仪本征周期处理第二光电探测器7输出的电信号，信号处理单元10生产反馈信号通过同步开关9加到Y波导集成光学芯片3中相位调制器上，前半个本征周期加到Y波导集成光学芯片3中的反馈信号为第一光电探测器6电信号的处理信号，后半个本征周期加到Y波导集成光学芯片3中的反馈信号为第二光电探测器7电信号的处理信号，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信息，第一同步模拟开关8、第二同步模拟开关9以及信号处理单元10都由同一个同步时钟信号源11控制。
所述的双波峰宽谱光源1采用980纳米泵浦光源激发掺铒光纤，产生1530纳米和1560纳米双波峰宽谱光源，所述的波分复用器5分离的波长分别为1530纳米和1560纳米，所述的同步时钟信号源11频率为光纤陀螺仪本征频率两倍，在前半个本征周期实现对1530纳米光干涉信号的处理，在后半个本征周期实现对1560纳米光干涉信号的处理。
实施例：双波峰宽谱光源1使用980纳米泵浦光源激发掺铒光纤，产生1530纳米和1560纳米双波峰，波分复用器5分离这两种波长，同时采用由同步时钟信号源11控制的第一模拟开关8，第二模拟开关9和信号处理单元10，实现在前半个本征周期里信号处理单元10对1530纳米光干涉信号进行处理和反馈，在后半个本征周期里信号处理单元10对1560纳米光干涉信号进行处理和反馈，同时信号处理单元10将第一光电探测器6电信号的处理信号，反馈给双波峰宽谱光源1，控制双波峰宽谱光源1的波长，光纤传感环采用1500米保偏光纤，绕在最大外径为120厘米的环形铝支架上。
而作为比较，使用同一保偏光纤传感环、相位调制器、光电探测器，以及同一温箱、同样温变过程。实验陀螺与传统陀螺相比，在温变过程中标度因子非线性度由10ppm降至3ppm。
Claims (4)
1.一种使用单光源双波峰的光纤陀螺仪，其特征在于包括双波峰宽谱光源（1）、耦合器（2）、Y波导集成光学芯片（3）、光纤传感环（4）、波分复用器（5）、第一光电探测器（6）、 第二光电探测器（7）、第一同步模拟开关（8）、 第二同步模拟开关（9）、信号处理单元（10）、同步时钟信号源（11）；由双波峰宽谱光源（1）发出的光经耦合器（2）进入Y波导集成光学芯片（3）的输入端，Y波导集成光学芯片（3）上集成有起偏器、Y分束器和相位调制器， Y分束器将光束一分为二，其中上光束按顺时针方向经过光纤传感环（4）后返回Y波导集成光学芯片（3）；下光束按反时针方向经过光纤传感环（4）后返回Y波导集成光学芯片（3）；顺时针光和反时针光由Y波导集成光学芯片（3）中的Y分束器合成形成干涉，经Y波导集成光学芯片（3）输入端返回至耦合器（2）后一分为二，其中一束到达波分复用器（5），将双波峰光的二个峰分离开来，其中第一峰的光干涉信号由第一光电探测器（6）变为电信号，第二峰的光干涉信号由第二光电探测器（7）变为电信号，第一光电探测器（6）、 第二光电探测器（7）的输出经过第一同步模拟开关（8）送入信号处理单元（10），前半个光纤陀螺仪本征周期处理第一光电探测器（6）输出的电信号，后半个光纤陀螺仪本征周期处理第二光电探测器（7）输出的电信号，信号处理单元（10）生产反馈信号通过第二同步模拟开关（9）加到Y波导集成光学芯片（3）中相位调制器上，前半个本征周期加到Y波导集成光学芯片（3）中的反馈信号为第一光电探测器（6）电信号的处理信号，后半个本征周期加到Y波导集成光学芯片（3）中的反馈信号为第二光电探测器（7）电信号的处理信号，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信息，第一同步模拟开关（8）、 第二同步模拟开关（9）以及信号处理单元（10）都由同步时钟信号源（11）控制。
2.如权利要求1所述的一种使用单光源双波峰的光纤陀螺仪，其特征在于所述的双波峰宽谱光源（1）采用980纳米泵浦光源激发掺铒光纤，产生1530纳米和1560纳米双波峰宽谱光源。
3.如权利要求1所述的一种使用单光源双波峰的光纤陀螺仪，其特征在于所述的波分复用器（5）分离的波长分别为1530纳米和1560纳米。
4.如权利要求1所述的一种使用单光源双波峰的光纤陀螺仪，其特征在于所述的同步时钟信号源（11）频率为光纤陀螺仪本征频率的两倍，在前半个本征周期实现对1530纳米光干涉信号的处理，在后半个本征周期实现对1560纳米光干涉信号的处理。
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