CN105466410B - 基于光纤环形谐振腔的灵敏度可调干涉式光纤陀螺 - Google Patents

基于光纤环形谐振腔的灵敏度可调干涉式光纤陀螺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于光纤环形谐振腔的灵敏度可调干涉式光纤陀螺，包括激光器、偏振控制器、三个光纤耦合器、光纤环、探测器和信号处理及反馈系统；激光器与偏振控制器连接，偏振控制器与第一光纤耦合器连接，第一光纤耦合器与第二光纤耦合器连接，第二光纤耦合器与第三光纤耦合器通过光纤环连接，第二光纤耦合器与第三光纤耦合器通过光纤环连接，第三光纤耦合器与第一光纤耦合器连接，第一光纤耦合器与探测器连接，探测器与信号处理及反馈系统连接，信号处理及反馈系统与第二光纤耦合器连接，信号处理及反馈系统与第三光纤耦合器连接，同时信号处理及反馈系统产生陀螺输出信号。本发明可大范围调谐灵敏度，动态范围提高数十倍。

Description

基于光纤环形谐振腔的灵敏度可调干涉式光纤陀螺
技术领域
本发明涉及光纤陀螺领域，具体涉及一种基于光纤环形谐振腔的灵敏度可调干涉式光纤陀螺。
背景技术
1976年，美国Utah大学的V.Vali和R.W.Shorthill成功研制了第一个光纤陀螺，光纤陀螺一问世就以其结构简单、启动快、寿命长、功耗低、重量轻等优点，引起了许多国家大学和科研机构的关注，获得了迅速的发展。传统的干涉式光纤陀螺通常采用数百米或上千米的光纤环，通过探测光纤环中两相向传输光波的干涉光强，获得旋转角速度，但光纤长度大，各种噪声相应增大，特别是传统干涉式光纤陀螺的灵敏度固定，当干涉式光纤陀螺灵敏度较高时，其动态范围相应下降，因此固定的灵敏度限制了干涉式光纤陀螺的动态范围，传统的干涉式光纤陀螺难以满足旋转速度变化范围大的场所的需求。
发明内容
基于以上不足之处，本发明提供一种基于光纤环形谐振腔的灵敏度可调干涉式光纤陀螺；用于解决传统干涉式光纤陀螺灵敏度固定、动态范围相对较小，难以实现大范围测量旋转速度的问题。
本发明所采用的技术如下：一种基于光纤环形谐振腔的灵敏度可调干涉式光纤陀螺，包括激光器、偏振控制器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤环、第三光纤耦合器、探测器和信号处理及反馈系统；激光器的光输出端与偏振控制器的光输入端连接，偏振控制器的光输出端与第一光纤耦合器的光输入端连接，第一光纤耦合器的第一光输入输出端与第二光纤耦合器的第一光输入输出端连接，第二光纤耦合器的第二光输入输出端与第三光纤耦合器的第二光输入输出端通过光纤环连接，第二光纤耦合器的第三光输入输出端与第三光纤耦合器的第三光输入输出端通过光纤环连接，第三光纤耦合器的第一光输入输出端与第一光纤耦合器的第二光输入输出端连接，第一光纤耦合器的光输出端与探测器的光输入端连接，探测器的信号输出端与信号处理及反馈系统的信号输入端连接，信号处理及反馈系统的第一信号输出端与第二光纤耦合器的调制信号输入端连接，信号处理及反馈系统的第二信号输出端与第三光纤耦合器的调制信号输入端连接，同时信号处理及反馈系统产生陀螺输出信号。
本发明还具有如下技术特征：
1、所述信号处理及反馈系统包括低通滤波电路、放大电路、差分电路和加法电路；探测器的信号输出端与低通滤波电路的信号输入端连接，低通滤波电路的信号输出端与放大电路的信号输入端连接，放大电路的信号输出端与差分电路的信号输入端连接，差分电路的第一信号输出端输出陀螺输出信号，差分电路的第二信号输出端与加法电路的信号输入端连接，加法电路的第一信号输出端与第二光纤耦合器的调制信号输入端连接，加法电路的第二信号输出端与第三光纤耦合器的调制信号输入端连接。
2、所述第二光纤耦合器、光纤环和第三光纤耦合器组成光纤环形谐振腔，通过探测经光纤环形谐振腔相向传输的两束光的干涉光强实现大范围测量旋转速度。
3、所述第二光纤耦合器和第三光纤耦合器的耦合比能够调节。
4、该光纤陀螺利用信号处理及反馈系统产生调制信号控制第二光纤耦合器和第三光纤耦合器的耦合比，从而实现灵敏度的调节。
本发明的特点和优点：
本发明采用一个光纤环和两个耦合比可调的耦合器构成光纤环形谐振腔，通过调节两个耦合器的耦合比实现陀螺灵敏度的大范围调节，与传统的干涉式光纤陀螺相比，可大范围调谐灵敏度，具有较大的动态范围，动态范围提高数十倍。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图
图2是信号处理及反馈系统的电路结构示意图。
具体实施方式
下面根据说明书附图举例进一步说明：
实施例1
如附图1-2所示，一种基于光纤环形谐振腔的灵敏度可调干涉式光纤陀螺，包括激光器1、偏振控制器2、第一光纤耦合器3、第二光纤耦合器4、光纤环5、第三光纤耦合器6、探测器7和信号处理及反馈系统8；激光器1的光输出端与偏振控制器2的光输入端连接，偏振控制器2的光输出端与第一光纤耦合器3的光输入端连接，第一光纤耦合器3的第一光输入输出端与第二光纤耦合器4的第一光输入输出端连接，第二光纤耦合器4的第二光输入输出端与第三光纤耦合器6的第二光输入输出端通过光纤环5连接，第二光纤耦合器4的第三光输入输出端与第三光纤耦合器6的第三光输入输出端通过光纤环5连接，第三光纤耦合器6的第一光输入输出端与第一光纤耦合器3的第二光输入输出端连接，第一光纤耦合器3的光输出端与探测器7的光输入端连接，探测器7的信号输出端与信号处理及反馈系统8的信号输入端连接，信号处理及反馈系统8的第一信号输出端与第二光纤耦合器4的调制信号输入端连接，信号处理及反馈系统8的第二信号输出端与第三光纤耦合器6的调制信号输入端连接，同时信号处理及反馈系统8产生陀螺输出信号。
所述光纤环5为单模光纤绕制的空心线圈；第二光纤耦合器4、第三光纤耦合器6的耦合比是可调的。
所述的第二光纤耦合器4、光纤环5、第三光纤耦合器6组成光纤环形谐振腔；本发明测量旋转速度，是通过探测经光纤环形谐振腔相向传输的两束光的干涉光强实现的；
所述的第二光纤耦合器4、第三光纤耦合器6的耦合比能够调节；
本实施例该光纤陀螺灵敏度的调节，是利用信号处理及反馈系统8产生的调制信号控制第二光纤耦合器4、第三光纤耦合器6的耦合比实现的。
所述的信号处理及反馈系统8包括低通滤波电路81、放大电路82、差分电路83和加法电路84；探测器7的信号输出端与低通滤波电路81的信号输入端连接，低通滤波电路81的信号输出端与放大电路82的信号输入端连接，放大电路82的信号输出端与差分电路83的信号输入端连接，差分电路83的第一信号输出端输出陀螺输出信号，差分电路83的第二信号输出端与加法电路84的信号输入端连接，加法电路84的第一信号输出端与第二光纤耦合器4的调制信号输入端连接，加法电路84的第二信号输出端与第三光纤耦合器6的调制信号输入端连接。
第二光纤耦合器4、光纤环5和第三光纤耦合器6组成光纤环形谐振腔，它通过探测经光纤环形谐振腔相向传输的两束光的干涉光强实现旋转速度的测量，光纤环5为单模光纤绕制的空心线圈。第二光纤耦合器4和第三光纤耦合器6的耦合比可调，信号处理及反馈系统8产生调制信号控制第二光纤耦合器4和第三光纤耦合器6的耦合比，从而实现灵敏度的调节。
实施例2
本灵敏度可调干涉式光纤陀螺的工作原理为：第二光纤耦合器4、光纤环5、第三光纤耦合器6组成光纤环形谐振腔；激光器1的输出光进入偏振控制器2，选择光的偏振态，偏振控制器2的输出光进入第一光纤耦合器3，将激光分成两束，两束光相向地经过由第二光纤耦合器4、光纤环5和第三光纤耦合器6组成的光纤环形谐振腔，再进入第一光纤耦合器3，由第一光纤耦合器3的输出端输出，这两束相向传输的光在第一光纤耦合器3的输出端相遇并发生干涉，干涉光由探测器7探测，探测器7的输出信号进入信号处理及反馈系统8进行信号处理，产生陀螺输出信号，同时信号处理及反馈系统8输出调制信号加载到第二光纤耦合器4和第三光纤耦合器6的调制信号输入端，控制第二光纤耦合器4和第三光纤耦合器6的耦合比，进而控制上述两束光在光纤环形谐振腔内的谐振状态、两束光在第一光纤耦合器3的输出端的干涉状态，实现对陀螺灵敏度的调节。
信号处理及反馈系统8的工作原理为：探测器7的输出信号进入低通滤波电路81，在低通滤波电路81中进行滤波后，进入放大电路82进行信号放大，然后进入差分电路83，在差分电路83中对放大电路82输出信号的直流分量与一个常数求差，产生一个直流电压信号，作为陀螺输出信号，依据此直流电压信号的幅度即可获得旋转速度的大小，同时将差分电路83产生的直流电压信号输入加法电路84，产生一个幅度更大的直流电压信号，将加法电路84产生的直流电压信号作为调制信号加载到第二光纤耦合器4和第三光纤耦合器6的调制信号输入端，控制第二光纤耦合器4和第三光纤耦合器6的耦合比，实现对陀螺灵敏度的调节。

Claims (2)

1.一种基于光纤环形谐振腔的灵敏度可调干涉式光纤陀螺，包括激光器(1)、偏振控制器(2)、第一光纤耦合器(3)、第二光纤耦合器(4)、光纤环(5)、第三光纤耦合器(6)、探测器(7)和信号处理及反馈系统(8)；其特征在于：激光器(1)的光输出端与偏振控制器(2)的光输入端连接，偏振控制器(2)的光输出端与第一光纤耦合器(3)的光输入端连接，第一光纤耦合器(3)的第一光输入输出端与第二光纤耦合器(4)的第一光输入输出端连接，第二光纤耦合器(4)的第二光输入输出端和第三光纤耦合器(6)的第二光输入输出端通过光纤环(5)连接，第二光纤耦合器(4)的第三光输入输出端和第三光纤耦合器(6)的第三光输入输出端通过光纤环(5)连接，第三光纤耦合器(6)的第一光输入输出端与第一光纤耦合器(3)的第二光输入输出端连接，第一光纤耦合器(3)的光输出端与探测器(7)的光输入端连接，探测器(7)的信号输出端与信号处理及反馈系统(8)的信号输入端连接，信号处理及反馈系统(8)的第一信号输出端与第二光纤耦合器(4)的调制信号输入端连接，信号处理及反馈系统(8)的第二信号输出端与第三光纤耦合器(6)的调制信号输入端连接，同时信号处理及反馈系统(8)产生陀螺输出信号；所述第二光纤耦合器(4)、光纤环(5)和第三光纤耦合器(6)组成光纤环形谐振腔，通过探测经光纤环形谐振腔相向传输的两束光的干涉光强实现大范围测量旋转速度；所述第二光纤耦合器(4)和第三光纤耦合器(6)的耦合比能够调节；该光纤陀螺利用信号处理及反馈系统(8)产生调制信号控制第二光纤耦合器(4)和第三光纤耦合器(6)的耦合比，从而实现灵敏度的调节。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤环形谐振腔的灵敏度可调干涉式光纤陀螺，其特征在于：所述信号处理及反馈系统(8)包括低通滤波电路(81)、放大电路(82)、差分电路(83)和加法电路(84)；探测器(7)的信号输出端与低通滤波电路(81)的信号输入端连接，低通滤波电路(81)的信号输出端与放大电路(82)的信号输入端连接，放大电路(82)的信号输出端与差分电路(83)的信号输入端连接，差分电路(83)的第一信号输出端输出陀螺输出信号，差分电路(83)的第二信号输出端与加法电路(84)的信号输入端连接，加法电路(84)的第一信号输出端与第二光纤耦合器(4)的调制信号输入端连接，加法电路(84)的第二信号输出端与第三光纤耦合器(6)的调制信号输入端连接。
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