CN115585801B - 一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪及方法 - Google Patents

一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115585801B
CN115585801B CN202211087788.5A CN202211087788A CN115585801B CN 115585801 B CN115585801 B CN 115585801B CN 202211087788 A CN202211087788 A CN 202211087788A CN 115585801 B CN115585801 B CN 115585801B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
fiber ring
distributed
ring
optical
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.)
Active
Application number
CN202211087788.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115585801A (zh
Inventor
杨志怀
杨光
程文明
叶飞
金颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Aerospace Runbo Measurement And Control Technology Co ltd
Original Assignee
Zhejiang Aerospace Runbo Measurement And Control Technology Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Aerospace Runbo Measurement And Control Technology Co ltd filed Critical Zhejiang Aerospace Runbo Measurement And Control Technology Co ltd
Priority to CN202211087788.5A priority Critical patent/CN115585801B/zh
Publication of CN115585801A publication Critical patent/CN115585801A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115585801B publication Critical patent/CN115585801B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G01C19/721—Details

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪及方法，包括依次相连的光源(1)、光纤环行器(2)、Y波导(4)和分布式光纤环(5)；所述光纤环行器(2)还连接有光电探测器(3)。方法为光源发出的光波经光纤环行器和Y波导后分为两束光波，两束光波分别接入分布式光纤环的两个输入端，作为分布式光纤环内顺时针和逆时针传输的两束光路互易性光波。本发明不仅光纤环绕制难度小、光路互易性强；而且光纤环单体尺寸小、可分布式安装、应用场景适应性强，特别适合高精度光纤陀螺仪。

Description

一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪及方法
技术领域
本发明涉及一种光纤陀螺仪，特别是一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪及方法。
背景技术
光纤陀螺仪的基本原理是基于Sagnac效应，即沿闭合光路相向传输的两束光波，再返回起始点干涉后，干涉信号的相位差正比于闭合光路敏感轴的输入角速度。光纤陀螺仪的精度与敏感光纤环的闭合光路面积成正比，即与光纤环的长度和直径成正比。因此，通过增加光纤环长和直径是提高光纤陀螺仪精度的最直接有效方法。
在光纤陀螺仪中，由于外界温度随时间的变化，光纤环中的每一点的折射率都随温度变化而变化，而光纤环中顺时针和逆时针传输的两束光波经过该点的时刻不同(除光纤环中点)，从而导致两束光波产生由温度引起的相位差变化，最终引起光纤陀螺仪信号漂移误差。这个效应称为Shupe效应，是光纤陀螺最重要的干扰噪声源之一。为抑制Shupe效应，通常采用四级、八级或十六级等环圈对称绕制技术。然而，随着光纤环长度的增加，导致光纤环绕制层数和匝数增加，大大增加了保持环圈绕制精度的难度。由于逐层工艺误差累积，导致光纤环的光路互易性随长度增加而大大降低，最终导致光纤陀螺仪抗温度变化性能的降低。
现在的光纤陀螺仪普遍采用单个光纤环的形式，典型的高精度光纤陀螺仪用光纤环圈长度为数千米，导致其单体环圈绕制层数较多、体积较大，一方面在现有工艺水平下很难保障光纤环的光路互易性，另一方面较大的体积也限制其在某些异形空间应用场景的使用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪及方法。本发明不仅光纤环绕制难度小、光路互易性强；而且光纤环单体尺寸小、可分布式安装、应用场景适应性强，特别适合高精度光纤陀螺仪。
本发明的技术方案：一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪，包括依次相连的光源、光纤环行器、Y波导和分布式光纤环；所述光纤环行器还连接有光电探测器。
前述的一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪中，所述分布式光纤环包括多段依次相连的光纤环段，相邻的光纤环段之间设有光纤环并纤。
前述的一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪中，所述光纤环段的数量N≥2，光纤环并纤的数量M＝N-1。
一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪的使用方法，光源发出的光波经光纤环行器和Y波导后分为两束光波，两束光波分别接入分布式光纤环的两个输入端，作为分布式光纤环内顺时针和逆时针传输的两束光路互易性光波。
前述的一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪的使用方法中，各光纤环段中的顺时针和逆时针光纤相对于整个光纤环长度中心点对称，各个光纤环并纤中的两束光纤长度一致且相邻并排走纤，保证整个光纤环关于长度中心点的光路互易性。
与现有技术相比，本发明由光源、光纤环行器、光电探测器、Y波导和分布式光纤环组成，整体尺寸小、可分布式安装、应用场景适应性强，特别适合高精度光纤陀螺仪。本发明通过采用分布式光纤环形式，分布式光纤环中的各光纤环段中的顺时针和逆时针光纤相对于整个光纤环长度中心点对称，各个光纤环并纤中的两束光纤长度一致且相邻并排走纤，从而保证整个光纤环关于长度中心点的光路互易性，进而保障光纤陀螺仪的抗温度变化干扰能力。本发明采用分布式光纤环形式，从而可以有效降低光纤环绕制难度、而且光路的互易性也强。综上所述，本发明不仅光纤环绕制难度小、光路互易性强；而且光纤环单体尺寸小、可分布式安装、应用场景适应性强，特别适合高精度光纤陀螺仪。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是分布式光纤环机理图。
附图中的标记为：1-光源，2-光纤环行器，3-光电探测器，4-Y波导，5-分布式光纤环，501-光纤环段，502-光纤环并纤。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪，构成如图1和2所示，包括依次相连的光源1、光纤环行器2、Y波导4和分布式光纤环5；所述光纤环行器2还连接有光电探测器3。
所述分布式光纤环5包括多段依次相连的光纤环段501，相邻的光纤环段501之间设有光纤环并纤502。
所述光纤环段501的数量N≥2，光纤环并纤502的数量M＝N-1。
一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪的使用方法，光源发出的光波经光纤环行器和Y波导后分为两束光波，两束光波分别接入分布式光纤环的两个输入端，作为分布式光纤环内顺时针和逆时针传输的两束光路互易性光波。
各光纤环段中的顺时针和逆时针光纤相对于整个光纤环长度中心点对称，各个光纤环并纤中的两束光纤长度一致且相邻并排走纤，保证整个光纤环关于长度中心点的光路互易性。
光源发出的光波经光纤环行器和Y波导后分为两束光波，分别接入分布式光纤环的两个输入端，作为分布式光纤环内顺时针和逆时针传输的两束光路互易性光波。各光纤环段中的顺时针和逆时针光纤相对于整个光纤环长度中心点对称，各个光纤环并纤中的两束光纤长度一致且相邻并排走纤，从而保证整个光纤环关于长度中心点的光路互易性，进而保障光纤陀螺仪的抗温度变化干扰能力。
本发明工作原理：
光纤环圈中两束顺时针和逆时针光波的相位差与载体旋转角速度的关系，即Sagnac效应可以表示为：
其中，L为光纤环长，D为光纤环直径，λ为光源光波波长，c为光速，Ω为载体旋转角速度。
由(1)式可知，光纤陀螺仪的精度与光纤环的长度和直径成正比。因此，通过增加光纤环长和直径是提高光纤陀螺仪精度的最直接有效方法。
在光纤陀螺仪中，为抑制Shupe效应，通常采用四级、八级或十六级等环圈对称绕制技术。
随着光纤环长度的增加，导致光纤环绕制层数和匝数增加，大大增加了保持环圈绕制精度的难度。由于逐层工艺误差累积，导致光纤环的光路互易性随长度增加而大大降低，最终导致光纤陀螺仪抗温度变化性能的降低。
本发明通过采用分布式光纤环形式，具有光纤环绕制难度小、光路互易性强的特点；具有光纤环单体尺寸小、可分布式安装、应用场景适应性强的特点，特别适合高精度光纤陀螺仪。

Claims (1)

1.一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪，其特征在于：包括依次相连的光源(1)、光纤环行器(2)、Y波导(4)和分布式光纤环(5)；所述光纤环行器(2)还连接有光电探测器(3)；
所述分布式光纤环(5)包括多段依次相连的光纤环段(501)，相邻的光纤环段(501)之间设有光纤环并纤(502)；
所述光纤环段(501)的数量N≥2，光纤环并纤(502)的数量M＝N-1；
上述一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪的使用方法，光源发出的光波经光纤环行器和Y波导后分为两束光波，两束光波分别接入分布式光纤环的两个输入端，作为分布式光纤环内顺时针和逆时针传输的两束光路互易性光波；各光纤环段中的顺时针和逆时针光纤相对于整个光纤环长度中心点对称，各个光纤环并纤中的两束光纤长度一致且相邻并排走纤，保证整个光纤环关于长度中心点的光路互易性。
CN202211087788.5A 2022-09-07 2022-09-07 一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪及方法 Active CN115585801B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211087788.5A CN115585801B (zh) 2022-09-07 2022-09-07 一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211087788.5A CN115585801B (zh) 2022-09-07 2022-09-07 一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115585801A CN115585801A (zh) 2023-01-10
CN115585801B true CN115585801B (zh) 2024-02-06

Family

ID=84771967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211087788.5A Active CN115585801B (zh) 2022-09-07 2022-09-07 一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115585801B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116026309B (zh) * 2023-03-30 2023-06-23 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 一种共形式光纤陀螺设备及其制造方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5911015A (en) * 1996-01-30 1999-06-08 Alcatel N.V. Polarization-independent Kerr modulator, and an all-optical clock recovery circuit including such a modulator
CN103438880A (zh) * 2013-08-30 2013-12-11 中国兵器工业导航与控制技术研究所 一种高信噪比的干涉式光纤陀螺仪
CN104180798A (zh) * 2014-09-16 2014-12-03 中国科学院光电技术研究所 一种多光纤环串联的单轴光纤陀螺仪及多光纤环串联方法
CN105021180A (zh) * 2015-07-30 2015-11-04 哈尔滨工程大学 一种光纤环采用双环设计的光纤陀螺
CN105549165A (zh) * 2016-01-19 2016-05-04 中国电子科技集团公司第二十三研究所 一种盘绕多段光纤的单骨架及其使用方法
CN107421570A (zh) * 2017-07-20 2017-12-01 全球能源互联网研究院 一种多功能分布式光纤传感装置
CN208026285U (zh) * 2017-09-29 2018-10-30 湖南航天机电设备与特种材料研究所 一种光纤传感装置及光纤陀螺
CN111044771A (zh) * 2019-12-31 2020-04-21 华中科技大学 一种非闭合光纤环电流传感装置及电流测量方法
CN112304301A (zh) * 2020-11-12 2021-02-02 西安中科华芯测控有限公司 一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法
CN114646340A (zh) * 2022-03-16 2022-06-21 华中科技大学 基于宽谱连续光的复用型flrd传感器及多参量检测方法
CN218443920U (zh) * 2022-09-07 2023-02-03 浙江航天润博测控技术有限公司 分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5911015A (en) * 1996-01-30 1999-06-08 Alcatel N.V. Polarization-independent Kerr modulator, and an all-optical clock recovery circuit including such a modulator
CN103438880A (zh) * 2013-08-30 2013-12-11 中国兵器工业导航与控制技术研究所 一种高信噪比的干涉式光纤陀螺仪
CN104180798A (zh) * 2014-09-16 2014-12-03 中国科学院光电技术研究所 一种多光纤环串联的单轴光纤陀螺仪及多光纤环串联方法
CN105021180A (zh) * 2015-07-30 2015-11-04 哈尔滨工程大学 一种光纤环采用双环设计的光纤陀螺
CN105549165A (zh) * 2016-01-19 2016-05-04 中国电子科技集团公司第二十三研究所 一种盘绕多段光纤的单骨架及其使用方法
CN107421570A (zh) * 2017-07-20 2017-12-01 全球能源互联网研究院 一种多功能分布式光纤传感装置
WO2019015426A1 (zh) * 2017-07-20 2019-01-24 全球能源互联网研究院有限公司 一种多功能分布式光纤传感装置
CN208026285U (zh) * 2017-09-29 2018-10-30 湖南航天机电设备与特种材料研究所 一种光纤传感装置及光纤陀螺
CN111044771A (zh) * 2019-12-31 2020-04-21 华中科技大学 一种非闭合光纤环电流传感装置及电流测量方法
CN112304301A (zh) * 2020-11-12 2021-02-02 西安中科华芯测控有限公司 一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法
CN114646340A (zh) * 2022-03-16 2022-06-21 华中科技大学 基于宽谱连续光的复用型flrd传感器及多参量检测方法
CN218443920U (zh) * 2022-09-07 2023-02-03 浙江航天润博测控技术有限公司 分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于光纤环安装方式的光纤陀螺振动误差抑制方法;吴磊;田军;程建华;;中国惯性技术学报(06);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115585801A (zh) 2023-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2678205C1 (ru) Сохраняющее состояние поляризации оптическое волокно малого диаметра
CN115585801B (zh) 一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪及方法
CN109297479B (zh) 一种可测得其在工作状态下的温度分布的光纤环及其绕制方法
EP2250462A2 (en) An interferometer employing a multi-waveguide optical loop path and fiber optic rotation rate sensor employing same
CN104180798A (zh) 一种多光纤环串联的单轴光纤陀螺仪及多光纤环串联方法
CN218443920U (zh) 分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪
KR20130124374A (ko) 관형 광 코어를 가진 광섬유
CN107315221B (zh) 一种两层结构的细径实芯保偏光子晶体光纤
CN111811493A (zh) 具有应力补偿的光纤陀螺
CN113405564A (zh) 一种光纤陀螺敏感环对称性与内部缺陷的测试方法
CN110926505A (zh) 一种提升光纤环应力分布对称性的光纤环绕制方法
US5848213A (en) Low shupe bias fiber optic rotation sensor coil
CN108508529B (zh) 一种零色散位移保偏光纤
CN212458395U (zh) 具有应力补偿的光纤陀螺
JPS6333612A (ja) 光フアイバジヤイロ
CN114397729A (zh) 基于连续曲率弯曲波导起偏器的SiN集成光学芯片
CN102269591A (zh) 一种保偏/单模光纤混合绕制的光纤环
CN108088433B (zh) 一种光纤陀螺环圈尾纤应力匝数补偿方法
CN106959107B (zh) 一种截面为梯形的高稳定性光纤环的绕法
CN214470905U (zh) 一种干涉型光纤陀螺仪嵌套式多层多匝光纤环
CN113900172B (zh) 一种基于谐振耦合效应增强的高双折射空芯反谐振光纤
CN110244405B (zh) 一种多波段领结型保偏光纤
US8958074B1 (en) Low strain optical fiber coil and associated fiber optic gyroscope and method
IL166807A (en) Gyroscope with dividing layers and filling material for the fibrous coil
CN112797970A (zh) 一种基于多芯光纤实现光纤陀螺灵敏度倍增的装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant