CN111811492A - 抑制启动漂移的光纤陀螺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种抑制启动漂移的光纤陀螺，在现有光纤陀螺包括光源，耦合器，Y波导，光纤环，探测器及信号处理电路的基础上，增加了温度传感器，控温盒和轮毂。其中，耦合器分别连接光源，探测器和Y波导；信号控制电路分别连接探测器，温度传感器，Y波导和控温盒。由于光纤环缠绕有第一光纤和第二光纤，Y波导和光纤环通过第一光纤尾纤和第二光纤尾纤连接，轮毂设置在控温盒内，第一光纤尾纤或第二光纤尾纤缠绕在轮毂上。工作时，信号处理电路根据光纤陀螺的敏感角速率信息和温度信息，实时通过控温盒对轮毂上缠绕的第一光纤尾纤或第二光纤尾纤进行温度补偿，从而产生与光纤环温度效应相反的误差效果，补偿光纤陀螺因启动热量导致的零位漂移。
Description
技术领域
本申请涉及角速率传感器技术领域，尤其涉及一种抑制启动漂移的光纤陀螺。
背景技术
光纤陀螺是一种对温度敏感的角速率传感器。在光纤陀螺的惯性导航系统应用中，由于自身的电路发热，以及外部器件和环境的热交换，都会对光纤陀螺的零位产生影响，特别是在惯性导航系统的启动初始阶段，系统内的发热部件的热量会传导到光纤陀螺的敏感部件——光纤环上，导致光纤陀螺发生启动零位漂移，严重时，陀螺精度会降低1-2个数量级，不利于系统的快速对准等应用。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种抑制启动漂移的光纤陀螺。
本申请的方案如下：
一种抑制启动漂移的光纤陀螺，包括：
光源，耦合器，Y波导，光纤环，探测器，温度传感器，信号处理电路，控温盒和轮毂；
所述耦合器分别连接所述光源，所述探测器和所述Y波导；
所述信号控制电路分别连接所述探测器，所述温度传感器，所述Y波导和所述控温盒；
所述光纤环缠绕有第一光纤和第二光纤；
所述Y波导和所述光纤环通过第一光纤尾纤和第二光纤尾纤连接；
所述轮毂设置在所述控温盒内；
所述第一光纤尾纤或所述第二光纤尾纤还缠绕在所述轮毂上；
所述探测器用于探测光纤陀螺的敏感角速率信息并发送到所述信号处理电路；
所述温度传感器用于检测光纤陀螺的温度信息并发送到所述信号处理电路；
所述信号处理电路用于根据所述敏感角速率信息和所述温度信息，通过所述控温盒对所述轮毂上缠绕的第一光纤尾纤或第二光纤尾纤进行温度补偿。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，
所述轮毂通过金属连接件固定在所述控温盒内。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，
所述第一光纤和所述第二光纤以相反的方向缠绕在所述光纤环上。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，
所述控温盒内设置有半导体控温装置。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，
所述轮毂为金属轮毂。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，
所述信号处理电路包括：信号控制电路和温度控制电路；
所述信号控制电路分别连接所述探测器，所述温度传感器，所述Y波导和所述温度控制电路；
所述温度控制电路连接所述控温盒。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，缠绕在所述轮毂上的光纤尾纤为通过仿真计算得到的所述第一光纤和所述第二光纤的光纤温度偏差中，等效温度低的光纤尾纤。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述第一光纤尾纤或所述第二光纤尾纤在所述轮毂上的缠绕长度为50cm-100cm。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述第一光纤尾纤或所述第二光纤尾纤在所述轮毂上的缠绕长度由所述第一光纤和所述第二光纤的光纤温度偏差确定。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，
所述第一光纤和所述第二光纤通过四极对称方式缠绕在所述光纤环上。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请中的抑制启动漂移的光纤陀螺，在现有光纤陀螺包括光源，耦合器，Y波导，光纤环，探测器及信号处理电路的基础上，增加了温度传感器，控温盒和轮毂。其中，耦合器分别连接光源，探测器和Y波导；信号控制电路分别连接探测器，温度传感器，Y波导和控温盒。由于光纤环缠绕有第一光纤和第二光纤，Y波导和光纤环通过第一光纤尾纤和第二光纤尾纤连接，轮毂设置在控温盒内，第一光纤尾纤或第二光纤尾纤缠绕在轮毂上。工作时，探测器探测光纤陀螺的敏感角速率信息并发送到信号处理电路，温度传感器检测光纤陀螺的温度信息并发送到信号处理电路，信号处理电路根据光纤陀螺敏感角速率信息和温度信息实时通过控温盒对轮毂上缠绕的第一光纤尾纤或第二光纤尾纤进行温度补偿，从而产生与光纤环温度效应相反的误差效果，补偿光纤陀螺因启动热量导致的零位漂移。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本申请一个实施例提供的抑制启动漂移的光纤陀螺的结构示意图；
图2是本申请另一个实施例提供的抑制启动漂移的光纤陀螺的结构示意图。
附图标记：光源-1；耦合器-2；Y波导-3；光纤环-4；探测器-5；信号处理电路-6；信号控制电路-61；温度控制电路-62；控温盒-7；轮毂-8；温度传感器-9。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是本申请一个实施例提供的抑制启动漂移的光纤陀螺的结构示意图，参照图1，一种抑制启动漂移的光纤陀螺，包括：
光源1，耦合器2，Y波导3，光纤环4，探测器5，温度传感器9，信号处理电路6，控温盒7和轮毂8；
耦合器2分别连接光源1，探测器5和Y波导3；
信号控制电路61分别连接探测器5，温度传感器9，Y波导3和控温盒7；
光纤环4缠绕有第一光纤和第二光纤；
Y波导3和光纤环4通过第一光纤尾纤和第二光纤尾纤连接；
轮毂8设置在控温盒7内；
第一光纤尾纤或第二光纤尾纤缠绕在轮毂8上；
探测器5用于探测光纤陀螺的敏感角速率信息并发送到信号处理电路6；
温度传感器9用于检测光纤陀螺的温度信息并发送到信号处理电路6；
信号处理电路6用于根据敏感角速率信息和温度信息，通过控温盒7对轮毂8上缠绕的第一光纤尾纤或第二光纤尾纤进行温度补偿。
光纤环4制作技术中，需要将光纤按照一定的缠绕方法缠绕在光纤环4骨架上，根据光纤环4工作原理，光源1产生的光信号由光纤的两个端头分别输入，为了保证光信号受到的外界扰动最小化，光信号同步输入光纤后，历经的光程相同，同一时刻受到的外部扰动相同，如此才能在两束光返回干涉时消除外界因素引入的误差，从而保证光纤陀螺的使用精度。
光纤尾纤是指第一光纤和第二光纤在光纤环4上缠绕完毕后的剩余部分。
优选的，本实施例中第一光纤和第二光纤通过四极对称方式缠绕在光纤环4上，在很大程度上消除温度诱导的相位误差。
温度是影响光纤环4产生相位误差的一项最重要环境因素，由温度引发的光纤陀螺shupe效应可表示为：
其中，Ω为陀螺的零位漂移，n是光纤的折射率，λ是光波长，c0是真空下光速，β0为光的传播常数，ΔT(z)表示在光纤传感环圈的z点处的温度变化量，L为光纤长度，D是环圈直径。由公式可见，如果关于中点对称的两点之间存在温度差异，就会导致最终光纤环4产生检测角速率信号误差。
在光纤陀螺惯性导航系统启动阶段，系统中个电路部件开始工作，并产生热量，通过热传导的方式传导光纤环4部分，光纤环4原有的热平衡被打破，由于光纤环4的制作材料都是热的不良导体，因此，这些热量在光纤环4上不会很快平衡，而是会在光纤环4上产生温度差，光纤环4产生零位漂移，即所谓的启动漂移。
光纤陀螺一般由光源1、耦合器2、Y波导3、光纤环4、探测器5和处理电路组成，当光纤环4缠绕完成后，其随温度的漂移也就固定下来，在启动阶段会产生启动漂移。
第一光纤和所述第二光纤以相反的方向缠绕在所述光纤环上，比如，第一光纤顺时针缠绕在光纤环4上，第二光纤逆时针缠绕在光纤环4上。
本实施例中，首先通过仿真计算的方法，计算外部发热器件在启动初始段对光纤环4的影响，量化启动漂移，同时，将不带控温盒7和轮毂8的光纤陀螺进行启动过程测试，对仿真计算结果进行验证，修正参数。
由于第一光纤和第二光纤可能不等长，则第一光纤和第二光纤会产生一定的等效温度偏差，由仿真计算结果和验证试验，确定光纤环4启动漂移等效的光纤环4两侧光纤温度偏差，将等效温度低的光纤尾纤缠绕在轮毂8上。
第一光纤尾纤或第二光纤尾纤在轮毂8上的缠绕长度为50cm-100cm，缠绕长度由第一光纤和第二光纤的光纤温度偏差确定。
利用测试得到的启动特性数据，确定不同温度下温度漂移的大小，以及对应的温度偏差值，根据陀螺输出数值和温度偏差值控制控温盒内的温度值，并且随着时间推移，温控值也随之变化，与启动漂移曲线相吻合。
其中，陀螺输出数值是信号处理电路根据探测器探测到的光纤陀螺的敏感角速率信息解算得到的。
温度偏差值是根据温度传感器检测到的温度信息得出的。
在光纤陀螺启动时，光纤环4随温度产生零位漂移，探测器5探测光纤陀螺的敏感角速率信息并发送到信号处理电路6，温度传感器9检测光纤陀螺的温度信息并发送到信号处理电路6.信号处理电路6根据光纤陀螺敏感角速率信息和温度信息实时通过控温盒7对轮毂8上缠绕的第一光纤尾纤或第二光纤尾纤进行温度补偿，从而产生与光纤环4温度效应相反的误差效果，补偿光纤陀螺因启动热量导致的零位漂移。
一些实施例中的抑制启动漂移的光纤陀螺，
轮毂8通过金属连接件固定在控温盒7内。
轮毂8与控温盒之间通过金属连接件固定连接，控温更快。
一些实施例中的抑制启动漂移的光纤陀螺，
控温盒7内设置有半导体控制装置。
半导体控温是一种已经成熟的控温技术，本实施例中，主要通过半导体控温装置对缠绕在轮毂8上的光纤尾纤进行降温。
一些实施例中的抑制启动漂移的光纤陀螺，
轮毂8为金属轮毂8。
轮毂8采用金属轮毂8，控温更快。
一些实施例中的抑制启动漂移的光纤陀螺，参照图2，
信号处理电路6包括：信号控制电路61和温度控制电路62；
信号控制电路61分别连接探测器5，温度传感器9，Y波导3和温度控制电路62；
温度控制电路62连接控温盒。
信号控制电路61主要用于接收探测器5发送的光纤陀螺的敏感角速率信息和温度传感器9发送的温度信息，并根据光纤陀螺的敏感角速率信息和温度信息计算得出需要控制的温度信息，温度控制电路62主要用于控制控温盒内的温度。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种抑制启动漂移的光纤陀螺，其特征在于，包括：
光源，耦合器，Y波导，光纤环，探测器，温度传感器，信号处理电路，控温盒和轮毂；
所述耦合器分别连接所述光源，所述探测器和所述Y波导；
所述信号控制电路分别连接所述探测器，所述温度传感器，所述Y波导和所述控温盒；
所述光纤环缠绕有第一光纤和第二光纤；
所述Y波导和所述光纤环通过第一光纤尾纤和第二光纤尾纤连接；
所述轮毂设置在所述控温盒内；
所述第一光纤尾纤或所述第二光纤尾纤还缠绕在所述轮毂上；
所述探测器用于探测光纤陀螺的敏感角速率信息并发送到所述信号处理电路；
所述温度传感器用于检测光纤陀螺的温度信息并发送到所述信号处理电路；
所述信号处理电路用于根据所述敏感角速率信息和所述温度信息，通过所述控温盒对所述轮毂上缠绕的第一光纤尾纤或第二光纤尾纤进行温度补偿。
2.根据权利要求1所述的抑制启动漂移的光纤陀螺，其特征在于，
所述轮毂通过金属连接件固定在所述控温盒内。
3.根据权利要求1所述的抑制启动漂移的光纤陀螺，其特征在于，
所述第一光纤和所述第二光纤以相反的方向缠绕在所述光纤环上。
4.根据权利要求1所述的抑制启动漂移的光纤陀螺，其特征在于，
所述控温盒内设置有半导体控温装置。
5.根据权利要求1所述的抑制启动漂移的光纤陀螺，其特征在于，
所述轮毂为金属轮毂。
6.根据权利要求1所述的抑制启动漂移的光纤陀螺，其特征在于，
所述信号处理电路包括：信号控制电路和温度控制电路；
所述信号控制电路分别连接所述探测器，所述温度传感器，所述Y波导和所述温度控制电路；
所述温度控制电路连接所述控温盒。
7.根据权利要求1所述的抑制启动漂移的光纤陀螺，其特征在于，缠绕在所述轮毂上的光纤尾纤为通过仿真计算得到的所述第一光纤和所述第二光纤的光纤温度偏差中，等效温度低的光纤尾纤。
8.根据权利要求7所述的抑制启动漂移的光纤陀螺，其特征在于，所述第一光纤尾纤或所述第二光纤尾纤在所述轮毂上的缠绕长度为50cm-100cm。
9.根据权利要求8所述的抑制启动漂移的光纤陀螺，其特征在于，所述第一光纤尾纤或所述第二光纤尾纤在所述轮毂上的缠绕长度由所述第一光纤和所述第二光纤的光纤温度偏差确定。
10.根据权利要求1所述的抑制启动漂移的光纤陀螺，其特征在于，
所述第一光纤和所述第二光纤通过四极对称方式缠绕在所述光纤环上。
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