CN116007662A - 一种光纤陀螺及光纤陀螺的角速度校正方法 - Google Patents

一种光纤陀螺及光纤陀螺的角速度校正方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116007662A
CN116007662A CN202310292861.0A CN202310292861A CN116007662A CN 116007662 A CN116007662 A CN 116007662A CN 202310292861 A CN202310292861 A CN 202310292861A CN 116007662 A CN116007662 A CN 116007662A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
core
optic gyroscope
angular velocity
detection module
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.)
Granted
Application number
CN202310292861.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116007662B (zh
Inventor
于杰
杨聪天
颜苗
范义杰
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.)
707th Research Institute of CSIC
Original Assignee
707th Research Institute of CSIC
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 707th Research Institute of CSIC filed Critical 707th Research Institute of CSIC
Priority to CN202310292861.0A priority Critical patent/CN116007662B/zh
Publication of CN116007662A publication Critical patent/CN116007662A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116007662B publication Critical patent/CN116007662B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

本发明实施例公开了一种光纤陀螺及光纤陀螺的角速度校正方法，该光纤陀螺包括光源、分束器、耦合器、调制器、多芯光纤环圈、光电探测器、角速度计算模块、波长检测模块和纤长检测模块，角速度计算模块分别与光电探测器、波长检测模块和纤长检测模块电连接，角速度计算模块用于根据光电探测器提供的干涉参量计算光纤陀螺的角速度，还用于根据波长检测模块提供的平均光波长和纤长检测模块提供的多芯光纤环圈纤长对角速度进行校正。本发明实施例可以在线监测光纤陀螺的标度因数，进而对光纤陀螺的角速度进行校正，延长光纤陀螺的免标定工作时间，有效提升光纤惯性导航系统的长航时的导航定位精度。

Description

一种光纤陀螺及光纤陀螺的角速度校正方法
技术领域
本发明实施例涉及陀螺仪技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺及光纤陀螺的角速度校正方法。
背景技术
战略导弹、飞航导弹、大型水面舰船、潜艇等都需要高精度的惯性导航系统，其中大型舰船和潜艇具有续航力强、任务周期长，配置武器多等特点，因此要求装备与该特点相适应的长周期、高精度的自主导航设备。而惯性导航系统的自主性、实时性、连续性的技术特点使其成为满足海军舰艇要求的最佳导航设备。随着我国海上兵力作战活动范围的拓展以及海上战争形态由近海防御向远海防卫转型等新形势需求，对长航时工作状态下的高精度惯性导航系统提出了越来越迫切的需求。因此大力发展高精度惯性导航装备，实现水面舰艇和潜艇的长航时精确自主导航具有重要的现实意义。
高精度光纤陀螺是一种高性价比的光电惯性元件，具有体积小、成本低、高精度、高可靠、全固态静默式工作、系统兼容性强等特点，以其为核心的惯性测量产品已广泛应用于航海、陆用以及航空航天等诸多领域。但是，光纤陀螺的标度因数长期稳定性是限制光纤陀螺长航时应用的主要因素。
发明内容
本发明实施例提供一种光纤陀螺及光纤陀螺的角速度校正方法，以在线监测光纤陀螺的标度因数，提升光纤惯性导航系统的导航定位精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种光纤陀螺，包括光源、分束器、耦合器、调制器、多芯光纤环圈、光电探测器、角速度计算模块、波长检测模块和纤长检测模块，其中，所述多芯光纤环圈至少包括第一纤芯和第二纤芯；所述角速度计算模块分别与所述光电探测器、所述波长检测模块和所述纤长检测模块电连接；
所述光源发出的光线进入所述分束器，由所述分束器分束为测量光束和参考光束，所述参考光束进入所述波长检测模块，所述波长检测模块用于检测所述参考光束的平均光波长；
所述测量光束经由所述耦合器进入所述调制器，并由所述调制器分为第一光束和第二光束，所述第一纤芯传导所述第一光束，所述第二纤芯传导所述第二光束；
所述第一光束进入所述多芯光纤环圈中的第一纤芯中产生相位差，然后回到所述调制器上产生干涉，形成干涉光，所述干涉光通过耦合器进入所述光电探测器；所述光电探测器用于检测所述第一光束的干涉参量；
所述第二光束进入所述多芯光纤环圈中的第二纤芯中并进入所述纤长检测模块；所述纤长检测模块用于根据所述第二光束确定多芯光纤环圈纤长；
所述角速度计算模块用于根据所述光电探测器提供的干涉参量计算光纤陀螺的角速度，还用于根据所述波长检测模块提供的所述平均光波长和所述纤长检测模块提供的所述多芯光纤环圈纤长对所述角速度进行校正。
可选地，所述波长检测模块包括光谱分析仪，所述纤长检测模块包括光时域反射仪。
可选地，所述参考光束和所述测量光束的光强比例为2:98。
可选地，所述光源为放大自发辐射光源，所述耦合器为保偏光纤耦合器，所述调制器为Y波导调制器，所述多芯光纤环圈为多芯保偏光纤环圈。
可选地，所述多芯光纤环圈还包括应力棒和包层，所述第一纤芯、所述第二纤芯和所述应力棒由所述包层包裹，所述第一纤芯和所述第二纤芯的相对的两侧分别设置有所述应力棒。
第二方面，本发明实施例还提供了一种光纤陀螺的角速度校正方法，应用第一方面任一项所述的光纤陀螺，包括：
获取所述多芯光纤环圈的干涉参量；
根据所述干涉参量，计算所述光纤陀螺的角速度；
确定所述光纤陀螺的标度因数修正系数；
根据所述标度因数修正系数，校正所述光纤陀螺的角速度。
可选地，所述确定所述光纤陀螺的标度因数修正系数，包括：
确定所述光纤陀螺的初始标度因数比例系数
Figure SMS_1
；
确定所述光纤陀螺的当前标度因数比例系数
Figure SMS_2
；
根据所述初始标度因数比例系数
Figure SMS_3
和所述当前标度因数比例系数
Figure SMS_4
，计算所述光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure SMS_5
。
可选地，所述确定所述光纤陀螺的初始标度因数比例系数
Figure SMS_6
，包括：
获取所述光纤陀螺的初始平均光波长
Figure SMS_7
；
获取所述光纤陀螺的初始多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_8
；
根据所述初始平均光波长
Figure SMS_9
和所述初始多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_10
以及标度因数计算公式
Figure SMS_11
，确定所述光纤陀螺的所述初始标度因数比例系数
Figure SMS_12
。
可选地，所述确定所述光纤陀螺的当前标度因数比例系数
Figure SMS_13
，包括：
获取所述光纤陀螺的当前平均光波长
Figure SMS_14
；
获取所述光纤陀螺的当前多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_15
；
根据所述当前平均光波长
Figure SMS_16
和所述当前多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_17
以及所述标度因数计算公式
Figure SMS_18
，确定所述光纤陀螺的所述当前标度因数比例系数
Figure SMS_19
。
可选地，所述根据所述初始标度因数比例系数
Figure SMS_20
和所述当前标度因数比例系数
Figure SMS_21
，计算所述光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure SMS_22
，包括：
根据所述光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure SMS_23
，在所述光纤陀螺的角速度的计算公式
Figure SMS_24
中对标度因数进行修正。
本发明实施例提供了一种光纤陀螺，该光纤陀螺包括光源、分束器、耦合器、调制器、多芯光纤环圈、光电探测器、角速度计算模块、波长检测模块和纤长检测模块，其中，多芯光纤环圈至少包括第一纤芯和第二纤芯；角速度计算模块分别与光电探测器、波长检测模块和纤长检测模块电连接，波长检测模块用于检测参考光束的平均光波长，光电探测器用于检测第一光束的干涉参量，纤长检测模块用于根据第二光束确定多芯光纤环圈纤长，角速度计算模块用于根据光电探测器提供的干涉参量计算光纤陀螺的角速度，还用于根据波长检测模块提供的平均光波长和纤长检测模块提供的多芯光纤环圈纤长对角速度进行校正。本发明实施例可以在线监测光纤陀螺的标度因数，进而对光纤陀螺的角速度进行校正，延长光纤陀螺的免标定工作时间，有效提升光纤惯性导航系统的长航时的导航定位精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种光纤陀螺的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种多芯光纤环圈的截面示意图；
图3是本发明实施例提供的一种光纤陀螺的角速度校正方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种光纤陀螺的角速度校正方法的流程示意图。
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详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”。
需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对相应内容进行区分，并非用于限定顺序或者相互依存关系。
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
图1是本发明实施例提供的一种光纤陀螺的结构示意图，如图1所示，该光纤陀螺包括光源1、分束器2、耦合器3、调制器4、多芯光纤环圈5、光电探测器6、角速度计算模块9、波长检测模块7和纤长检测模块8，其中，多芯光纤环圈5至少包括第一纤芯51和第二纤芯52；角速度计算模块9分别与光电探测器6、波长检测模块7和纤长检测模块8电连接；光源1发出的光线进入分束器2，由分束器2分束为测量光束和参考光束，参考光束进入波长检测模块7，波长检测模块7用于检测参考光束的平均光波长；测量光束经由耦合器3进入调制器4，并由调制器4分为第一光束和第二光束，第一纤芯51传导第一光束，第二纤芯52传导第二光束；第一光束进入多芯光纤环圈5中的第一纤芯51中产生相位差，然后回到调制器4上产生干涉，形成干涉光，干涉光通过耦合器3进入光电探测器6；光电探测器6用于检测第一光束的干涉参量；第二光束进入多芯光纤环圈5中的第二纤芯52中并进入纤长检测模块8；纤长检测模块8用于根据第二光束确定多芯光纤环圈纤长；角速度计算模块9用于根据光电探测器6提供的干涉参量计算光纤陀螺的角速度，还用于根据波长检测模块7提供的平均光波长和纤长检测模块8提供的多芯光纤环圈纤长对角速度进行校正。
具体地，该光纤陀螺包括光源1、分束器2、耦合器3、调制器4、多芯光纤环圈5、光电探测器6、角速度计算模块9、波长检测模块7和纤长检测模块8。光源1发出的光线进入分束器2，由分束器2可以分束为测量光束和参考光束，参考光束作为光纤陀螺的监测光，参考光束进入波长检测模块7，波长检测模块7可以检测参考光束的平均光波长，需要说明的是，参考光束的平均光波长即为光纤陀螺中的传输光束的平均光波长，波长检测模块7与角速度计算模块9电连接，角速度计算模块9根据波长检测模块提供的平均光波长可以对光纤陀螺的角速度进行校正。
测量光束作为光纤陀螺的信号光，测量光束经由耦合器3进入调制器4，并通过调制器4可以分为第一光束和第二光束，第一光束和第二光束均可以进入多芯光纤环圈5，多芯光纤环圈5包括第一纤芯51和第二纤芯52，其中，第一纤芯51传导第一光束，第二纤芯52传导第二光束。第一光束进入多芯光纤环圈5中的第一纤芯51中会产生相位差，然后回到调制器4上，在调制器4的单端产生干涉，形成干涉光，干涉光通过耦合器3进入光电探测器6，光电探测器6可以检测第一光束的干涉参量，将光信号转化为电信号，光电探测器6与角速度计算模块9电连接，角速度计算模块9根据光电探测器提供的干涉参量可以计算光纤陀螺的角速度。
第二光束进入多芯光纤环圈5中的第二纤芯52中并进入纤长检测模块8，纤长检测模块8可以根据第二光束确定多芯光纤环圈纤长，需要说明的是，光纤具有多芯等长的特点，多芯光纤环圈5中的各个纤芯的纤长是相同的，纤长检测模块8与角速度计算模块9电连接，角速度计算模块9根据纤长检测模块8提供的多芯光纤环圈纤长可以对角速度进行校正。
本发明实施例提供了一种光纤陀螺，该光纤陀螺包括光源、分束器、耦合器、调制器、多芯光纤环圈、光电探测器、角速度计算模块、波长检测模块和纤长检测模块，其中，多芯光纤环圈至少包括第一纤芯和第二纤芯；角速度计算模块分别与光电探测器、波长检测模块和纤长检测模块电连接，波长检测模块用于检测参考光束的平均光波长，光电探测器用于检测第一光束的干涉参量，纤长检测模块用于根据第二光束确定多芯光纤环圈纤长，角速度计算模块用于根据光电探测器提供的干涉参量计算光纤陀螺的角速度，还用于根据波长检测模块提供的平均光波长和纤长检测模块提供的多芯光纤环圈纤长对角速度进行校正。本发明实施例可以在线监测光纤陀螺的标度因数，进而对光纤陀螺的角速度进行校正，延长光纤陀螺的免标定工作时间，有效提升光纤惯性导航系统的长航时的导航定位精度。
可选地，继续参考图1，波长检测模块7包括光谱分析仪，纤长检测模块8包括光时域反射仪。
具体地，波长检测模块7可以检测参考光束的平均光波长，波长检测模块7可以采用光谱分析仪，光谱分析仪通过检测参考光束的输出光谱，将光谱的跃迁转化为频率参量，由光谱的频率参量测定参考光束的波长，经多次测定后求均值得出平均光波长。纤长检测模块8可以根据第二光束确定多芯光纤环圈纤长，纤长检测模块8可以采用光时域反射仪，光时域反射仪通过打入一连串的光突波进入多芯光纤环圈5的第二纤芯来检验，由打入突波的同一侧接收光讯号，因为打入的讯号遇到不同折射率的介质会散射及反射回来。反射回来的光讯号强度会被光时域反射仪量测到，并且是时间的函数，因此可以将光讯号强度转算成多芯光纤环圈的纤芯长度。
可选地，继续参考图1，参考光束和测量光束的光强比例为2:98。
具体地，光源1发出的光线进入分束器2，可以由分束器2分束为测量光束和参考光束，其中，参考光束和测量光束的光强比例为2:98，测量光束进入耦合器3、调制器4和多芯光纤环圈5，并再次回到调制器4和耦合器3，测量光束可以检测光纤陀螺的干涉参量，进而检测光纤陀螺的角速度，因此，测量光束为光强比例较大的一束光线。而参考光束进入波长检测模块7，波长检测模块7可以检测参考光束的平均光波长，因此，参考光束为光强比例较小的一束光线。示例性地，参考光束和测量光束的光强比例还可以为10:90，光强比例较大的一束光线作为测量光束，光强比例较小的一束光线作为参考光束。
可选地，继续参考图1，光源1为放大自发辐射光源，耦合器3为保偏光纤耦合器，调制器4为Y波导调制器，多芯光纤环圈5为多芯保偏光纤环圈。
具体地，光源1可以为放大自发辐射光源，放大自发辐射光源的主体部分是增益介质掺铒光纤和高性能的泵浦激光器，输出功率的调制简单，可以保证输出功率的稳定，示例性地，光源1还可以为超辐射发光二极管光源，当激发密度足够高时，自发发射的光子受激放大而雪崩式倍增，发光强度随激发强度超线型地急剧增加，谱线宽度变窄，由初始的自发发射占主导地位很快的演变为以受激发射占主导地位，理想的超辐射光是一种相位不一致的非相干光源或称短相干光源。耦合器3可以为保偏光纤耦合器，保偏光纤耦合器是实现线偏振光耦合、分光以及复用的关键器件，能够稳定地传输两个正交的线偏振光，并能够保持两个正交的线偏振光各自的偏振态不变。调制器4可以为Y波导调制器，Y波导调制器是集分光和合光、起偏和检偏、相位调制三种功能于一体的关键器件，对于闭环高精度的光纤陀螺可以采用Y波导调制器实现闭环。
可选地，图2是本发明实施例提供的一种多芯光纤环圈的截面示意图，如图2所示，多芯光纤环圈5还包括应力棒53和包层54，第一纤芯51、第二纤芯52和应力棒53由包层54包裹，第一纤芯51和第二纤芯52的相对的两侧分别设置有应力棒53。
具体地，多芯光纤环圈5可以为多芯保偏光纤环圈，保偏光纤是可以保证传输光的线偏振方向不变的特种光纤，多芯光纤环圈5包括第一纤芯51、第二纤芯52、应力棒53和包层54，第一纤芯51、第二纤芯52和应力棒53由包层54包裹，应力棒53位于第一纤芯51和第二纤芯52之间的两侧的位置区域。
从理论上来说，光纤是圆芯的应该不会产生双折射现象，并且光纤的偏振态在传播过程中是不会改变的。然而在实际中，常规光纤在生产过程中，会受到外力作用等原因，使光纤粗细不均匀或弯曲等，就会使其产生双折射现象。当光纤受到任何外部干扰，例如波长、弯曲度、温度等的影响因素时，光的偏振态在常规光纤中传输时就会变得杂乱无章。而保偏光纤的应用则是可以解决这一偏振态变化的问题，但它并不是消除光纤中的双折射现象，而是通过在光纤几何尺寸上的设计，产生更强烈的双折射， 来消除应力对入射光偏振态的影响。保偏光纤在拉制过程中，当线偏振光沿光纤的一个特征轴传输时，部分光信号会耦合进入另一个与之垂直的特征轴，最终造成出射偏振光信号偏振消光比的下降，从而影响了双折射效应。常用的引入高双折射的方法可以通过在纤芯两侧加入应力棒53，即为在第一纤芯51和第二纤芯52的相对的两侧分别设置有应力棒53，实现保偏光纤的保偏特性。
此外，多芯光纤环圈5还可以包括第三纤芯，其中，第一纤芯51可以传导第一光束，利用第一光束的干涉参量可以检测光纤陀螺的角速度，第二纤芯52可以传导第二光束，根据第二光束可以确定多芯光纤环圈纤长，第三纤芯可以传导第三光束，利用第三光束可以检测光纤陀螺的应力变化等，示例性地，多芯光纤环圈5还可以包括其他的纤芯，在此只是举例，不作限定。相比于传统的光纤陀螺，本发明实施例中的多芯光纤环圈5，增加了光纤陀螺的光信号传感通道，可以实现多个参量的在线监测，提升了光纤陀螺的综合性能。
图3是本发明实施例提供的一种光纤陀螺的角速度校正方法的流程示意图，该光纤陀螺的角速度校正方法可以应用于上述任一实施例所述的光纤陀螺中，对光纤陀螺的角速度进行校正。如图3所示，该光纤陀螺的角速度校正方法包括：
S110、获取多芯光纤环圈的干涉参量。
具体地，继续参考图1，光电探测器6可以检测第一光束的干涉参量，角速度计算模块9与光电探测器6电连接，角速度计算模块9根据光电探测器6提供的干涉参量可以计算光纤陀螺的角速度。
S120、根据干涉参量，计算光纤陀螺的角速度。
具体地，继续参考图1，光电探测器6通过检测第一光束的干涉参量，在光纤陀螺的长航时运行过程中可以相应地输出一个数字量，该数字量因光电探测器6的种类不同而对应不同的数值和不同的单位，该数字量与光纤陀螺的角速度之间满足函数关系。进一步地，该数字量与3600的乘积，然后除以光纤陀螺的标度因数，即可以得到光纤陀螺的角速度，也就是说，光纤陀螺的标度因数与角速度之间存在函数关系，通过校正光纤陀螺的标度因数可以校正光纤陀螺的角速度。需要说明的是，光纤陀螺的标度因数在长航时过程中会发生变化，如果对光纤陀螺的标度因数不进行校正，仍利用光纤陀螺的初始的标度因数参与光纤陀螺的角速度的计算过程，则会造成光纤陀螺的角速度产生较大误差。
S130、确定光纤陀螺的标度因数修正系数。
具体地，继续参考图1，根据高精度闭环光纤陀螺的动态模型可知，闭环光纤陀螺的标度因数满足
Figure SMS_25
；其中，L表示为光纤陀螺的多芯光纤环圈纤长，D表示为光纤陀螺的多芯光纤环圈的有效直径，F表示为光纤陀螺的调制电路增益系数，
Figure SMS_26
表示为光纤陀螺的平均光波长，c表示为光速。在不考虑光纤陀螺的线路变化的情况下，闭环光纤陀螺的标度因数的变化主要是与多芯光纤环圈纤长和平均光波长的变化有关。
进一步地，由于光纤陀螺的多芯光纤环圈的有效直径D与光纤陀螺的多芯光纤环圈纤长L之间的关系可以近似为：
Figure SMS_27
。因此，将此关系带入闭环光纤陀螺的标度因数中，可以得知闭环光纤陀螺的标度因数满足
Figure SMS_28
，并且，闭环光纤陀螺的标度因数修正系数记为
Figure SMS_29
，闭环光纤陀螺的标度因数正比于
Figure SMS_30
。则根据波长检测模块7提供的平均光波长
Figure SMS_31
和纤长检测模块8提供的多芯光纤环圈纤长L可以对闭环光纤陀螺的标度因数进行校正。
S140、根据标度因数修正系数，校正光纤陀螺的角速度。
其中，标度因数是光纤陀螺输出量与输入角速度的比值，在坐标轴上可以用某一特定的直线斜率表示，标度因数是反映光纤陀螺灵敏度的指标。而且，标度因数的稳定性和精确性是光纤陀螺的一项重要指标，可以综合反映光纤陀螺的测试和拟合精度。标度因数的稳定性无量纲，通常用百万分比（ppm）表示。具体地，继续参考图1，光纤陀螺的标度因数与角速度之间存在函数关系，通过校正光纤陀螺的标度因数可以校正光纤陀螺的角速度，而闭环光纤陀螺的标度因数正比于
Figure SMS_32
，
Figure SMS_33
为闭环光纤陀螺的标度因数修正系数，可以通过校正闭环光纤陀螺的标度因数修正系数，进而校正光纤陀螺的角速度。
本发明实施例中的技术方案，首先获取多芯光纤环圈的干涉参量，然后根据干涉参量，计算光纤陀螺的角速度，之后确定光纤陀螺的标度因数修正系数，最后根据标度因数修正系数，校正光纤陀螺的角速度。利用上述方法，通过校正闭环光纤陀螺的标度因数修正系数进而校正光纤陀螺的角速度，达到了校正光纤陀螺的标度因数的目的，延长了光纤陀螺在长航时过程中的免标定工作时间，避免因标度因数的误差而导致光纤陀螺的角速度产生较大误差的情况。
图4是本发明实施例提供的另一种光纤陀螺的角速度校正方法的流程示意图，本实施例在上述实施例的基础上进行优化，可选地，确定光纤陀螺的标度因数修正系数，包括：
确定光纤陀螺的初始标度因数比例系数
Figure SMS_34
；
确定光纤陀螺的当前标度因数比例系数
Figure SMS_35
；
根据初始标度因数比例系数
Figure SMS_36
和当前标度因数比例系数
Figure SMS_37
，计算光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure SMS_38
。
本实施例尚未详尽的内容请参考上述实施例。如图4所示，该光纤陀螺的角速度校正方法包括：
S210、获取多芯光纤环圈的干涉参量。
S220、根据干涉参量，计算光纤陀螺的角速度。
S230、确定光纤陀螺的初始标度因数比例系数
Figure SMS_39
。
可选地，确定光纤陀螺的初始标度因数比例系数
Figure SMS_40
，包括：
S2301、获取光纤陀螺的初始平均光波长
Figure SMS_41
。
具体地，继续参考图1，在光纤陀螺装配完成但未应用于长航时导航时，采用波长检测模块7可以检测参考光束的平均光波长，需要说明的是，参考光束的平均光波长即为光纤陀螺中的传输光束的平均光波长，此时的参考光束的平均光波长为光纤陀螺的初始平均光波长
Figure SMS_42
。
S2302、获取光纤陀螺的初始多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_43
。
具体地，继续参考图1，在光纤陀螺装配完成但未应用于长航时导航时，采用纤长检测模块8可以根据第二光束确定多芯光纤环圈纤长，需要说明的是，光纤具有多芯等长的特点，多芯光纤环圈5中的各个纤芯的纤长是相同的，此时的第二光束的多芯光纤环圈纤长为光纤陀螺的初始多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_44
。
S2303、根据初始平均光波长
Figure SMS_45
和初始多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_46
以及标度因数计算公式
Figure SMS_47
，确定光纤陀螺的初始标度因数比例系数
Figure SMS_48
。
具体地，继续参考图1，将获取的初始平均光波长
Figure SMS_49
和初始多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_50
代入标度因数计算公式
Figure SMS_51
中，得到光纤陀螺的初始标度因数比例系数
Figure SMS_52
。
S240、确定光纤陀螺的当前标度因数比例系数
Figure SMS_53
。
可选地，确定光纤陀螺的当前标度因数比例系数
Figure SMS_54
，包括：
S2401、获取光纤陀螺的当前平均光波长
Figure SMS_55
。
具体地，继续参考图1，在光纤陀螺应用于长航时导航过程中时，采用波长检测模块7可以检测参考光束的平均光波长，需要说明的是，在长航时运行过程中，光纤陀螺中的传输光束的光波长因温度等外界因素等会发生变化，光纤陀螺中的传输光束的平均光波长也会发生变化，需要重新检测参考光束的平均光波长，此时的参考光束的平均光波长为光纤陀螺的当前平均光波长
Figure SMS_56
。
S2402、获取光纤陀螺的当前多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_57
。
具体地，继续参考图1，在光纤陀螺应用于长航时导航过程中时，采用纤长检测模块8可以根据第二光束确定多芯光纤环圈纤长，需要说明的是，在长航时运行过程中，光纤陀螺中的多芯光纤环圈纤长因温度等外界因素等会发生变化，光纤陀螺的多芯光纤环圈纤长也会发生变化，与初始多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_58
的数值不同，需要重新根据第二光束确定多芯光纤环圈纤长，此时的第二光束的多芯光纤环圈纤长为光纤陀螺的当前多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_59
。
S2403、根据当前平均光波长
Figure SMS_60
和当前多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_61
以及标度因数计算公式
Figure SMS_62
，确定光纤陀螺的当前标度因数比例系数
Figure SMS_63
。
具体地，继续参考图1，将获取的当前平均光波长
Figure SMS_64
和当前多芯光纤环圈纤长
Figure SMS_65
代入标度因数计算公式
Figure SMS_66
中，得到光纤陀螺的初始标度因数比例系数
Figure SMS_67
。
S250、根据初始标度因数比例系数
Figure SMS_68
和当前标度因数比例系数
Figure SMS_69
，计算光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure SMS_70
。
可选地，根据初始标度因数比例系数
Figure SMS_71
和当前标度因数比例系数
Figure SMS_72
，计算光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure SMS_73
，包括：根据光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure SMS_74
，在光纤陀螺的角速度的计算公式
Figure SMS_75
中对标度因数进行修正。
具体地，继续参考图1，将计算得到的初始标度因数比例系数
Figure SMS_76
和当前标度因数比例系数
Figure SMS_77
代入光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure SMS_78
，并采用光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure SMS_79
对光纤陀螺的标度因数进行修正，进而对光纤陀螺的角速度进行修正。
S260、根据标度因数修正系数，校正光纤陀螺的角速度。
本发明实施例中的技术方案，具体对确定光纤陀螺的标度因数修正系数的内容进行了说明，首先确定光纤陀螺的初始标度因数比例系数
Figure SMS_80
；然后确定光纤陀螺的当前标度因数比例系数
Figure SMS_81
；最后根据初始标度因数比例系数
Figure SMS_82
和当前标度因数比例系数
Figure SMS_83
，计算光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure SMS_84
。利用上述方法，在光纤陀螺的长航时运行中，通过对平均光波长和多芯光纤环圈纤长进行实时或者定期的测量，可以对光纤陀螺的标度因数修正系数进行校正，进而校正光纤陀螺的角速度，达到延长光纤陀螺在长航时过程中的免标定工作时间的目的，避免因标度因数的误差而导致光纤陀螺的角速度产生较大误差的情况。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种光纤陀螺，其特征在于，包括光源、分束器、耦合器、调制器、多芯光纤环圈、光电探测器、角速度计算模块、波长检测模块和纤长检测模块，其中，所述多芯光纤环圈至少包括第一纤芯和第二纤芯；所述角速度计算模块分别与所述光电探测器、所述波长检测模块和所述纤长检测模块电连接；
所述光源发出的光线进入所述分束器，由所述分束器分束为测量光束和参考光束，所述参考光束进入所述波长检测模块，所述波长检测模块用于检测所述参考光束的平均光波长；
所述测量光束经由所述耦合器进入所述调制器，并由所述调制器分为第一光束和第二光束，所述第一纤芯传导所述第一光束，所述第二纤芯传导所述第二光束；
所述第一光束进入所述多芯光纤环圈中的第一纤芯中产生相位差，然后回到所述调制器上产生干涉，形成干涉光，所述干涉光通过耦合器进入所述光电探测器；所述光电探测器用于检测所述第一光束的干涉参量；
所述第二光束进入所述多芯光纤环圈中的第二纤芯中并进入所述纤长检测模块；所述纤长检测模块用于根据所述第二光束确定多芯光纤环圈纤长；
所述角速度计算模块用于根据所述光电探测器提供的干涉参量计算光纤陀螺的角速度，还用于根据所述波长检测模块提供的所述平均光波长和所述纤长检测模块提供的所述多芯光纤环圈纤长对所述角速度进行校正。
2.根据权利要求1所述的光纤陀螺，其特征在于，所述波长检测模块包括光谱分析仪，所述纤长检测模块包括光时域反射仪。
3.根据权利要求1所述的光纤陀螺，其特征在于，所述参考光束和所述测量光束的光强比例为2:98。
4.根据权利要求1所述的光纤陀螺，其特征在于，所述光源为放大自发辐射光源，所述耦合器为保偏光纤耦合器，所述调制器为Y波导调制器，所述多芯光纤环圈为多芯保偏光纤环圈。
5.根据权利要求1所述的光纤陀螺，其特征在于，所述多芯光纤环圈还包括应力棒和包层，所述第一纤芯、所述第二纤芯和所述应力棒由所述包层包裹，所述第一纤芯和所述第二纤芯的相对的两侧分别设置有所述应力棒。
6.一种光纤陀螺的角速度校正方法，应用权利要求1-5任一项所述的光纤陀螺，包括：
获取所述多芯光纤环圈的干涉参量；
根据所述干涉参量，计算所述光纤陀螺的角速度；
确定所述光纤陀螺的标度因数修正系数；
根据所述标度因数修正系数，校正所述光纤陀螺的角速度。
7.根据权利要求6所述的光纤陀螺的角速度校正方法，其特征在于，所述确定所述光纤陀螺的标度因数修正系数，包括：
确定所述光纤陀螺的初始标度因数比例系数
Figure QLYQS_1
；
确定所述光纤陀螺的当前标度因数比例系数
Figure QLYQS_2
；
根据所述初始标度因数比例系数
Figure QLYQS_3
和所述当前标度因数比例系数
Figure QLYQS_4
，计算所述光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure QLYQS_5
。
8.根据权利要求7所述的光纤陀螺的角速度校正方法，其特征在于，所述确定所述光纤陀螺的初始标度因数比例系数
Figure QLYQS_6
，包括：
获取所述光纤陀螺的初始平均光波长
Figure QLYQS_7
；
获取所述光纤陀螺的初始多芯光纤环圈纤长
Figure QLYQS_8
；
根据所述初始平均光波长
Figure QLYQS_9
和所述初始多芯光纤环圈纤长
Figure QLYQS_10
以及标度因数计算公式
Figure QLYQS_11
，确定所述光纤陀螺的所述初始标度因数比例系数
Figure QLYQS_12
。
9.根据权利要求7所述的光纤陀螺的角速度校正方法，其特征在于，所述确定所述光纤陀螺的当前标度因数比例系数
Figure QLYQS_13
，包括：
获取所述光纤陀螺的当前平均光波长
Figure QLYQS_14
；
获取所述光纤陀螺的当前多芯光纤环圈纤长
Figure QLYQS_15
；
根据所述当前平均光波长
Figure QLYQS_16
和所述当前多芯光纤环圈纤长
Figure QLYQS_17
以及所述标度因数计算公式
Figure QLYQS_18
，确定所述光纤陀螺的所述当前标度因数比例系数
Figure QLYQS_19
。
10.根据权利要求7所述的光纤陀螺的角速度校正方法，其特征在于，所述根据所述初始标度因数比例系数
Figure QLYQS_20
和所述当前标度因数比例系数
Figure QLYQS_21
，计算所述光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure QLYQS_22
，包括：
根据所述光纤陀螺的标度因数修正系数
Figure QLYQS_23
，在所述光纤陀螺的角速度的计算公式
Figure QLYQS_24
中对标度因数进行修正。
CN202310292861.0A 2023-03-23 2023-03-23 一种光纤陀螺及光纤陀螺的角速度校正方法 Active CN116007662B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310292861.0A CN116007662B (zh) 2023-03-23 2023-03-23 一种光纤陀螺及光纤陀螺的角速度校正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310292861.0A CN116007662B (zh) 2023-03-23 2023-03-23 一种光纤陀螺及光纤陀螺的角速度校正方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116007662A true CN116007662A (zh) 2023-04-25
CN116007662B CN116007662B (zh) 2023-06-20

Family

ID=86023428

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310292861.0A Active CN116007662B (zh) 2023-03-23 2023-03-23 一种光纤陀螺及光纤陀螺的角速度校正方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116007662B (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08304084A (ja) * 1995-05-09 1996-11-22 Hitachi Cable Ltd 光ファイバジャイロ
JPH09292235A (ja) * 1996-04-26 1997-11-11 Hitachi Cable Ltd 干渉型光ファイバジャイロ
JPH10132577A (ja) * 1996-11-01 1998-05-22 Japan Aviation Electron Ind Ltd 光ファイバジャイロ
CN1959345A (zh) * 2006-12-01 2007-05-09 北京航空航天大学 无温控光源闭环光纤陀螺及其输出角速度信息的补偿方法
CN101216316A (zh) * 2008-01-14 2008-07-09 浙江大学 降低光纤陀螺标度因数温度灵敏度的光源非制冷方法
CN102607551A (zh) * 2012-03-21 2012-07-25 浙江大学 一种消除波长变化对标度因数影响的光纤陀螺
CN203940942U (zh) * 2014-06-05 2014-11-12 河北华计检测技术有限公司 一种分布式光纤传感器
CN107202575A (zh) * 2017-05-16 2017-09-26 西北工业大学 一种带转位机构的捷联惯导系统标度因数实时补偿方法
CN114216450A (zh) * 2021-12-09 2022-03-22 北京思卓博瑞科技有限公司 一种光纤陀螺的标度因数温度补偿方法及系统
CN115143948A (zh) * 2022-06-09 2022-10-04 哈尔滨工业大学 一种基于光纤陀螺本征频率实时补偿标度因数的方法
CN115347945A (zh) * 2021-05-13 2022-11-15 华为技术有限公司 一种光纤测量系统
US20230044386A1 (en) * 2020-04-17 2023-02-09 Inphotech Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Optical fibre based measurment system, method of measuring parameters, and computer program product
CN115824183A (zh) * 2022-10-31 2023-03-21 北京自动化控制设备研究所 一种光纤陀螺的自校准方法及光纤陀螺

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08304084A (ja) * 1995-05-09 1996-11-22 Hitachi Cable Ltd 光ファイバジャイロ
JPH09292235A (ja) * 1996-04-26 1997-11-11 Hitachi Cable Ltd 干渉型光ファイバジャイロ
JPH10132577A (ja) * 1996-11-01 1998-05-22 Japan Aviation Electron Ind Ltd 光ファイバジャイロ
CN1959345A (zh) * 2006-12-01 2007-05-09 北京航空航天大学 无温控光源闭环光纤陀螺及其输出角速度信息的补偿方法
CN101216316A (zh) * 2008-01-14 2008-07-09 浙江大学 降低光纤陀螺标度因数温度灵敏度的光源非制冷方法
CN102607551A (zh) * 2012-03-21 2012-07-25 浙江大学 一种消除波长变化对标度因数影响的光纤陀螺
CN203940942U (zh) * 2014-06-05 2014-11-12 河北华计检测技术有限公司 一种分布式光纤传感器
CN107202575A (zh) * 2017-05-16 2017-09-26 西北工业大学 一种带转位机构的捷联惯导系统标度因数实时补偿方法
US20230044386A1 (en) * 2020-04-17 2023-02-09 Inphotech Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Optical fibre based measurment system, method of measuring parameters, and computer program product
CN115347945A (zh) * 2021-05-13 2022-11-15 华为技术有限公司 一种光纤测量系统
CN114216450A (zh) * 2021-12-09 2022-03-22 北京思卓博瑞科技有限公司 一种光纤陀螺的标度因数温度补偿方法及系统
CN115143948A (zh) * 2022-06-09 2022-10-04 哈尔滨工业大学 一种基于光纤陀螺本征频率实时补偿标度因数的方法
CN115824183A (zh) * 2022-10-31 2023-03-21 北京自动化控制设备研究所 一种光纤陀螺的自校准方法及光纤陀螺

Also Published As

Publication number Publication date
CN116007662B (zh) 2023-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11346770B2 (en) Optical fiber sensor for salinity and temperature measurement
CN110319827B (zh) 一种光纤陀螺光源相对强度噪声自适应抑制装置
AU2013100784A4 (en) An optical refractive index measuring system based on speckel correlation
CN103471701A (zh) 一种光纤声波传感器及光纤声波探测方法
JP6062104B2 (ja) 光ファイバセンサ装置
CN102607551A (zh) 一种消除波长变化对标度因数影响的光纤陀螺
CN103323041A (zh) 一种基于相干检测的分布式布里渊光纤传感系统
CN103674497A (zh) 窄线宽激光器线宽高精度测量系统
CN103438880A (zh) 一种高信噪比的干涉式光纤陀螺仪
CN113721173A (zh) 一种基于反射式双向泵浦的光纤serf原子磁力仪装置
US20160238392A1 (en) Ring laser sensor
CN116007662B (zh) 一种光纤陀螺及光纤陀螺的角速度校正方法
JP5626005B2 (ja) 光学的成分測定装置
CN109579820A (zh) 一种提高光纤陀螺仪标度因数性能的方法
CN203719878U (zh) 窄线宽激光器线宽高精度测量系统
CN117128945A (zh) 一种基于奇异面的超灵敏角速度传感器及测量方法
CN109579821B (zh) 一种基于双波长复用结构的光纤陀螺仪
CN113960631B (zh) 一种雷达系统
KR20100044978A (ko) Ｆｄｍｌ 파장가변 레이저를 이용한 ｆｂｇ 센서 복조 시스템
CN203224310U (zh) 布里渊光时域反射仪
CN110411959A (zh) 用于海水盐度和温度同时测量的低探测极限内腔传感器
US11976963B2 (en) Fibre-optic acoustic sensor and associated measurement system, vehicle and measurement method
CN102353486A (zh) 有源光子晶体光纤压力测量装置
CN103047980A (zh) 再入式光纤陀螺
CN112525374B (zh) 一种基于非互易光纤腔内奇点效应的温度传感器

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