CN116026301A - 光纤陀螺的波长自补偿方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺的波长自补偿方法、装置、电子设备和存储介质。自补偿方法通过采集掺铒光纤光源在管芯温度处于第一恒温状态下，输出超荧光的波长随不同环境温度的变化关系，并计算与基准关系之间的波长差值关系。以及采集环境温度处于第二恒温，超荧光的波长与不同管芯温度的变化关系，并计算与基准关系之间的波长差值关系。进一步的根据第二差值关系获取与第一波长差值绝对值差值最小且符号相反的第二波长差值对应的管芯温度值，控制管芯温度调整模块调整管芯温度至管芯温度值，进而通过调整管芯温度，补偿环境温度改变对超荧光的波长的影响，实现超荧光输出波长稳定，进而保证光纤陀螺标度因数稳定性。

Description

光纤陀螺的波长自补偿方法、装置、电子设备和存储介质

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及光纤陀螺的波长自补偿装置、方法、电子设备和存储介质。

背景技术

光纤陀螺具有精度高、寿命长、成本低、全固态等诸多优点，已成为惯性导航核心元件，而其实现高精度的一个重要原因在于宽谱光源的使用，在干涉式光纤陀螺中，宽谱光源具有抑制背向反射及散射、偏振耦合、法拉第效应、克尔效应等引起的误差的优势。常见的宽谱光源有SLD光源以及掺杂稀土元素的光纤光源。SLD光源具有光谱宽，功率高，与光纤耦合效率高等优点，但是其平均波长稳定性通常为400ppm/℃，不能满足惯导级光纤陀螺对于标度因数的要求。而结构合理的掺铒光纤光源可以同时具备功率较大、带宽较宽且波长稳定性较好等多种优良特性，是高精度光纤陀螺的理想光源。但掺铒光纤光源输出波长容易受管芯温度以及环境温度的影响，波长会造成大幅度变化，这会影响到标度因数性能，而标度因数性能，是能否实现系统精度保持、延长重调时间的关键，随着高精度惯导系统的性能需求快速提升，对光纤陀螺的要求也大幅提升，对标度因数性能的提升有了更高的要求。

发明内容

本发明提供了一种光纤陀螺的波长自补偿方法、装置、电子设备和存储介质，以解决掺铒光纤光源输出的超荧光的波长，受环境温度变化的影响，进而影响光纤陀螺标度因数稳定性的问题，从而提升光源输出波长稳定性，降低功耗，提升光纤陀螺标度因数稳定性。

根据本发明的第一方面，提供了一种光纤陀螺的波长自补偿方法，包括：

获取当前环境温度，根据所述当前环境温度与第一差值关系，获取第一波长差值；

根据第二差值关系，获取所述第一波长差值绝对值与第二波长差值绝对值之间差值，筛选所述差值最小，并与所述第一波长差值符号相反的第二波长差值；并确定所述第二波长差值对应的管芯温度值；

调整当前管芯温度至所述第二波长差值对应的所述管芯温度值；

其中，所述第一差值关系为管芯温度处于第一恒温，超荧光的波长随不同环境温度的变化关系与基准关系之间的波长差值关系；所述第二差值关系为所述环境温度处于第二恒温，所述超荧光的波长随不同所述管芯温度的变化关系与所述基准关系之间的波长差值关系；所述基准关系为所述管芯温度为第一基准温度，所述环境温度为第二基准温度，激光器驱动模块的驱动电流为基准电流情况下，所述超荧光的波长与所述第一基准温度、所述第二基准温度之间的关系。

可选地，在根据所述当前环境温度与第一差值关系，获取第一波长差值之前，包括：

线性拟合获取所述管芯温度处于第一恒温，所述超荧光的波长随不同所述环境温度的变化关系；

在根据第二差值关系，获取所述第一波长差值绝对值与第二波长差值绝对值之间差值，筛选所述差值最小，并与所述第一波长差值符号相反的第二波长差值之前，包括：

线性拟合所述环境温度处于第二恒温，所述超荧光的波长随不同所述管芯温度的变化关系。

可选地，所述调整当前管芯温度至所述第二波长差值对应的所述管芯温度值，包括：

根据所述管芯温度与调整管芯温度的TEC驱动电流之间的对应关系调整所述TEC驱动电流，以使当前管芯温度调整至所述管芯温度值。

可选地，在根据所述管芯温度与调整管芯温度的TEC驱动电流之间的对应关系调整所述TEC驱动电流之前，还包括：

获取所述管芯温度与泵浦激光器中热敏电阻的阻值第一对应关系；

获取所述热敏电阻的阻值与所述TEC驱动电流之间的第二对应关系；

根据第一对应关系和第二对应关系获取所述管芯温度与所述TEC驱动电流之间的对应关系。

根据本发明的第二方面，提供了一种光纤陀螺的波长自补偿装置，其中，包括：

管芯温度调整模块、激光器驱动模块、泵浦激光器、第一光波分复用器、掺铒光纤、第二光波分复用器、光纤反射镜、光隔离器、光纤滤波器和温度传感器；所述激光器驱动模块和所述管芯温度调整模块分别与所述泵浦激光器连接，所述泵浦激光器的输出端与所述第一光波分复用器的第一端熔接，所述第一光波分复用器的第二端与所述掺铒光纤的一端熔接，所述掺铒光纤的另一端与所述第二光波分复用器的第一端熔接，所述第二光波分复用器的第二端与所述光纤反射镜熔接，所述第一光波分复用器的第三端与所述光隔离器的一端熔接，所述光隔离器的另一端与所述光纤滤波器的一端熔接，所述光纤滤波器的另一端用于输出超荧光；

所述激光器驱动模块用于向所述泵浦激光器注入驱动电流，所述温度传感器用于测量当前环境温度；

还包括：控制模块，所述控制模块分别与所述管芯温度调整模块和所述温度传感器连接，用于执行本发明任一实施例所述的自补偿方法。

可选的，所述管芯温度调整模块为TEC驱动模块，所述控制模块为TEC控制模块，所述TEC控制模块控制所述TEC驱动模块基于TEC驱动电流与所述管芯温度之间的关系，输出与所述第二波长差值对应的管芯温度值对应的TEC驱动电流。

可选的，所述第一恒温、所述第二恒温、所述第一基准温度、所述第二基准温度均为25℃，所述基准电流为100mA。

可选的，所述控制模块包括ADC和DAC，为单片机、FPGA芯片或DSP芯片中的其中一种。

根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明第二方面提供的光纤陀螺的波长自补偿方法。

根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明第二方面提供的光纤陀螺的波长自补偿方法。

本发明实施例的技术方案，通过采集掺铒光纤光源在管芯温度处于第一恒温状态下，超荧光的波长随不同环境温度的变化关系，并计算与基准关系之间的波长差值关系。以及采集环境温度处于第二恒温，超荧光的波长与不同管芯温度的变化关系，并计算与基准关系之间的波长差值关系。进一步的根据第二差值关系获取与第一波长差值绝对值差值最小且符号相反的第二波长差值对应的管芯温度值，控制管芯温度调整模块调整管芯温度至管芯温度值，进而通过调整管芯温度，补偿环境温度改变对超荧光的波长的影响，实现超荧光输出波长稳定，进而保证光纤陀螺标度因数稳定性，提升掺铒光纤光源的性能。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

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为本发明实施例提供的一种光纤陀螺的波长自补偿装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一种光纤陀螺的波长自补偿方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的第二种光纤陀螺的波长自补偿方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的第三种光纤陀螺的波长自补偿方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的第四种光纤陀螺的波长自补偿方法的流程图；

图6为本发明实施提供的电子设备的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种无波长补偿的光源波长与环境温度的关系示意图；

图8为本发明实施例提供的一种无波长补偿的光源功耗与环境温度的关系示意图；

图9为本发明实施例提供的一种自补偿后的光源波长与环境温度的关系示意图；

图10为本发明实施例提供的一种自补偿后的光源功耗与环境温度的关系示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结构合理的掺铒光纤光源可以同时具备功率较大、带宽较宽且波长稳定性较好等多种优良特性，是高精度光纤陀螺的理想光源。但随着高精度惯导系统的性能需求快速提升，对光纤陀螺的要求也大幅提升，特别是标度因数性能，是能否实现系统精度保持、延长重调时间的关键，光纤陀螺标度因数可由下式表示：

                    （1）

其中L为环圈长度，D为环圈直径， 为平均波长，由此可见光路波长稳定性是影响陀螺标度因数稳定性的最重要因素之一，这就对掺铒光纤光源的波长稳定性提出了更高要求。同时，UUA（无人潜航器）、水下平台等使用环境要求惯导系统长时间静默运行，因此减小陀螺功耗也成为了一项重要要求，由于变温条件下掺铒光源功耗占陀螺总功耗的70%以上，所以提高掺铒光纤光源的波长稳定性并降低功耗对于高精度光纤陀螺应用具有重要意义。

掺铒光纤光源的最简结构由泵浦激光器、光波分复用器及掺铒光纤构成，其中泵浦激光器提供泵浦光，在掺铒光纤中发生放大自发辐射，光源输出波长的影响因子可由下式表示：

（2）

其中第一项是环境温度对光源平均波长的影响，第二项是泵浦激光器波长变化影响，第三项是泵浦激光器功率变化影响，第四项是偏振态变化影响，第五项是反射光影响，由此可以看出泵浦激光器的波长变化与功率变化对掺铒光纤光源最终的波长稳定性产生影响，所以需要加以控制。

泵浦激光器的控制分为两大部分，一部分是TEC驱动，即控制激光器内集成的帕尔贴元件加热或制冷，以保证激光器管芯工作在固定的温度上；另一部分是激光器驱动，注入驱动电流输出相应大小的泵浦光。当激光器管芯工作温度发生变化时，将对泵浦光的波长产生影响。所以改变激光器管芯工作温度，光纤光源输出波长将随之变化。传统的掺铒光纤光源工作方式是：将泵浦激光器内置热敏电阻接入负反馈控制电路，根据热敏电阻阻值的变化调整TEC驱动电流，使激光器管芯温度保持恒定值，此方法的优点在于，可以很好的控制泵浦激光器管芯温度，稳定泵浦激光器波长，但由于泵浦激光器尾纤及掺铒光纤等温度敏感部位并不在温控范围内，环境温度的变化仍将造成光源的波长漂移。

另一方面，掺铒光纤光源的泵浦激光器驱动采用管芯恒温控制，这就造成在-40℃~60℃的陀螺工作温度范围内，当环境温度处于高温或低温时，TEC驱动电流及光源启动电流大幅增加，对惯导系统造成巨大负担，大幅增加陀螺供电模块的设计难度和可靠性。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种光纤陀螺的波长自补偿装置，图1为本发明实施例提供的一种光纤陀螺的波长自补偿装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：管芯温度调整模块10、激光器驱动模块20、泵浦激光器30、第一光波分复用器40、掺铒光纤50、第二光波分复用器60、光纤反射镜70、光隔离器80、光纤滤波器90和温度传感器100。

继续参考图1，激光器驱动模块20和管芯温度调整模块10分别与泵浦激光器30连接，泵浦激光器30的输出端31与第一光波分复用器40的第一端41熔接，第一光波分复用器40的第二端42与掺铒光纤50的一端51熔接，掺铒光纤50的另一端52与第二光波分复用器60的第一端61熔接，第二光波分复用器60的第二端62与光纤反射镜70熔接，第一光波分复用器40的第三端43与光隔离器80的一端81熔接，光隔离器80的另一端82与光纤滤波器90的一端91熔接，光纤滤波器90的另一端92用于输出超荧光。激光器驱动模块20用于向泵浦激光器30注入驱动电流，温度传感器100用于测量当前环境温度。

继续参考图1，该装置还包括：控制模块200，控制模块200分别与管芯温度调整模块10和温度传感器100连接，用于根据当前环境温度和第一差值关系获取超荧光波长随环境温度的第一波长差值，并根据第二差值关系获取与第一波长差值成绝对值差值最小且符号相反的第二波长差值对应的管芯温度值，并控制管芯温度调整模块10调整管芯温度至管芯温度值。

其中，第一差值关系为管芯温度处于第一恒温，超荧光的波长随不同环境温度的变化关系与基准关系之间的波长差值关系；第二差值关系为环境温度处于第二恒温，超荧光的波长随不同管芯温度的变化关系与基准关系之间的波长差值关系；基准关系为管芯温度为第一基准温度，环境温度为第二基准温度，激光器驱动模块20的驱动电流为基准电流情况下，超荧光的波长与第一基准温度、第二基准温度之间的关系。

其中，管芯温度调整模块10包括但不限于TEC驱动电路，用于输出调整管芯温度的驱动电流；泵浦激光器30提供抽运光（泵浦光）。该装置的光路为双程后向光路，第一光波分复用器40用于将不同波长的抽运光进行合束，使得抽运光延单根光纤传输。掺铒光纤50用于对泵浦光进行放大，掺铒光纤50的具体参数根据实际需求进行设定，在此不做限定。第二光波分复用器60用于将由掺铒光纤50输出的前向放大自发辐射光从残余的泵浦光中导出，使之不再反馈回泵浦激光器30。光纤反射镜70用于反射前向自发辐射光并与后向放大自发辐射光经第一光波分复用器40、光隔离器80和光纤滤波器90输出。光隔离器80用于对输出超荧光进行隔离，降低干扰。光纤滤波器90用于对输出超荧光进行滤波。

其中，从泵浦激光器到光纤滤波器，这些器件及其排布不具有唯一性，比如可以有多个泵浦级联，多段掺铒光纤，多个光波分复用器组成不同结构的光路，本发明不作具体限制。

其中，第一恒温、第二恒温、第一基准温度以及第二基准温度可以为25℃，也可以根据光纤陀螺的实际工作场景及规格进行设定。不同环境温度可以为全温范围（-40℃~60℃）。基准电流可以为100mA，也可以根据泵浦激光器30和激光器驱动模块20的实际规格进行设定，在此不做限定。

具体而言，控制环境温度处于第二基准温度25℃，管芯温度调整模块10控制管芯温度处于第一基准温度25℃，激光器驱动模块20向泵浦激光器30注入基准电流100mA，进而获取光纤滤波器90输出超荧光的波长与第一基准温度和第二基准温度的关系，确定为基准关系。

进一步的，管芯温度调整模块10控制管芯温度处于第一恒温25℃，激光器驱动模块20输出驱动电流100mA，使得光纤滤波器90输出超荧光。改变环境温度采集输出超荧光的波长变化，并通过温度传感器100采集环境温度，进而获取超荧光的波长随不同环境温度的变化关系，计算与基准关系之间的波长差值关系，记为第一差值关系。进一步的，控制环境温度处于第二恒温25℃，管芯温度调整模块10调整泵浦激光器30的管芯温度，采集光纤滤波器90输出超荧光的波长变化，进而获取超荧光的波长随不同管芯温度的变化关系，计算与基准关系之间的波长差值关系，记为第二差值关系。

进一步的，根据当前环境温度和第一差值关系获取超荧光波长随环境温度的第一波长差值，并根据第二差值关系获取与第一波长差值绝对值差值最小且符号相反的第二波长差值对应的管芯温度值，并控制管芯温度调整模块10调整管芯温度至管芯温度值，进而通过调整管芯温度，改变输出超荧光的波长，补偿环境温度改变对输出超荧光波长的影响。

示例性的，当前环境温度值为30℃，比第二恒温25℃高出5℃，掺铒光源波长相对于基准关系增长了0.1nm，那么需要通过第二差值关系来找到光源波长比基准关系减少0.1nm的对应的管芯温度值，最终通过调整管芯温度至管芯温度值，使得最终的掺铒光源波长在受到环境温度影响时，通过调整管芯温度，保证掺铒光源波长处于稳定状态。

本发明实施例的技术方案，通过采集掺铒光纤光源在管芯温度处于第一恒温状态下，超荧光的波长随不同环境温度的变化关系，并计算与基准关系之间的波长差值关系。以及采集环境温度处于第二恒温，超荧光的波长与不同管芯温度的变化关系，并计算与基准关系之间的波长差值关系。进一步的根据第二差值关系获取与第一波长差值绝对值差值最小且符号相反的第二波长差值对应的管芯温度值，控制管芯温度调整模块调整管芯温度至管芯温度值，进而通过调整管芯温度，补偿环境温度改变对超荧光的波长的影响，实现超荧光输出波长稳定，进而保证光纤陀螺标度因数稳定性。且本发明实施例的技术方案，没有额外的光功率损失，与光功率调节补偿法对比而言能够达到较高的泵浦光转换率。

可选的，管芯温度调整模块10为TEC驱动模块，控制模块200为TEC控制模块，TEC控制模块控制TEC驱动模块基于TEC驱动电流与管芯温度之间的关系，输出与第二波长差值对应的管芯温度值对应的TEC驱动电流。

其中，TEC驱动电流与管芯温度之间的关系包括但不限于通过获取管芯内部热敏电阻阻值与管芯温度的对应关系，以及热敏电阻阻值与TEC驱动电流的关系，进而得到的TEC驱动电流与管芯温度之间的关系。

具体而言，TEC控制模块控制TEC驱动模块基于TEC驱动电流与管芯温度之间的关系，输出与第二波长差值对应的管芯温度值对应的TEC驱动电流，进而通过调整TEC驱动电流，调整管芯温度，从而实现通过调整管芯温度，改变输出超荧光的波长，以补偿环境温度改变对超荧光的波长的影响，实现超荧光输出波长稳定，进而保证光纤陀螺标度因数稳定性。

可选的，第一恒温、第二恒温、第一基准温度、第二基准温度均为25℃，基准电流为100mA。

具体而言，第一恒温、第二恒温、第一基准温度、第二基准温度均为25℃，基准电流为100mA，进而通过获取基准关系，为后续控制模块200的工作运行提供参数，且25℃为光纤陀螺工作的稳定环境温度，对于标度因数的影响较小。

可选的，控制模块200包括ADC和DAC，为单片机、FPGA芯片或DSP芯片中的其中一种。

具体而言，将TEC驱动模块（管芯温度调整模块10）输出TEC驱动电流与温度传感器100测得环境温度的对应关系写入芯片中，进而通过测得环境温度，控制输出对应TEC驱动电流，实现超荧光波长的稳定输出。

基于同一构思，本发明实施例还提供一种光纤陀螺的波长自补偿方法，该方法可以由本发明实施例提供的光纤陀螺的波长自补偿装置实现。图2为本发明实施例提供的第一种光纤陀螺的波长自补偿方法的流程图，如图2所示，该方法包括以下步骤：

S11、获取当前环境温度，根据当前环境温度与第一差值关系，获取第一波长差值。其中，第一差值关系为管芯温度处于第一恒温，超荧光的波长随不同环境温度的变化关系与基准关系之间的波长差值关系。基准关系为管芯温度为第一基准温度，环境温度为第二基准温度，激光器驱动模块的驱动电流为基准电流情况下，超荧光的波长与第一基准温度、第二基准温度之间的关系。

其中，获取第一差值关系包括但不限于通过分段对不同环境温度与波长之间的关系进行线性拟合，以基准关系为基准，计算第一差值关系。第一波长差值为当前环境温度下，输出超荧光的波长与基准关系条件下超荧光波长的差值，可以通过第一差值关系进行获取。第一恒温、第一基准温度、第二基准温度均可以为25℃，基准电流可以为100mA。

具体而言，通过获取管芯温度处于第一恒温，超荧光的波长随不同环境变化的关系，以及基准关系，进而得到第一差值关系，实现超荧光的波长受环境温度影响的参数获取。进一步的，根据当前环境温度以及第一差值关系，可以得到当前的第一波长差值，进而确定当前环境温度下超荧光波长相较于基准关系条件下的超荧光输出波长的差值。

S12、根据第二差值关系，获取第二波长差值的绝对值与第一波长差值的绝对值之间的差值最小的且与第一波长差值符号相反的第二波长差值；并确定该第二波长差值对应的管芯温度值。其中，第二差值关系为环境温度处于第二恒温，超荧光的波长随不同管芯温度的变化关系与基准关系之间的波长差值关系。

其中，第二波长差值与第一波长差值的绝对值差值最小，用于补偿第一波长差值的影响。第二恒温可以为25℃。

具体而言，通过获取环境处于第二恒温时，超荧光的波长随不同管芯温度的变化关系，以及基准关系，进而得到第二差值关系，实现超荧光的波长受管芯温度影响的参数获取。进一步的，根据第二差值关系获取第二波长差值绝对值与第一波长差值绝对值的差值最小且符号相反的第二波长差值，并确定第二波长差值对应的管芯温度，进而可以后续实现调节管芯温度，补偿环境温度改变对超荧光的波长的影响提供参数值。

S13、调整当前管芯温度至第二波长差值对应的管芯温度值。

其中，调整当前管芯温度可以通关管芯温度调整模块调整，包括但不限于调整TEC驱动电流。

具体而言，通过调整当前管芯温度至第二波长差值对应的管芯温度值，使得超荧光的波长变化第二波长差值，可以理解的是，第二波长差值与第一波长差值绝对值差值最小，进而实现了通过调整管芯温度，补偿环境温度改变对超荧光输出波长变化第一波长差值的影响。

示例性的，第一波长差值为0.1nm，绝对值差值最小的第二波长差值为±0.1nm，与0.1nm符号相反的为-0.1，进而选择-0.1对应的管芯温度值。若第二差值关系中，无±0.1nm差值，那么可以选取与±0.1nm接近的±0.09nm，或者±0.11nm值。

需要说明的是，在一些光路中，由于光路参数的设置，可以做到在高温环境中升高泵浦激光器工作温度，在低温环境中降低泵浦激光器工作温度，由此，可以补偿环境温度温度变化造成的掺铒光纤光源的波长漂移，大幅提升光源波长稳定性，从而提升光纤陀螺标度因数稳定性。并减小泵浦激光器工作温度与环境温度的差值，从而降低高低温下TEC的驱动电流，以降低光源功耗，增强高精度光纤陀螺对低功耗使用环境的适应性。

可选的，图3为本发明实施例提供的第二种光纤陀螺的波长自补偿方法的流程图，如图3所示，该方法包括：

S21、线性拟合获取管芯温度处于第一恒温，超荧光的波长随不同环境温度的变化关系。

其中，线性拟合的环境温度区间可以根据实际的超荧光的波长随环境温度的变化曲线进行设定，可以为分段拟合，或其他拟合方式，在此不做限定。

具体而言，分段线性拟合获取管芯温度处于第一恒温，超荧光的波长随不同环境温度的变化关系，获取超荧光的波长随不同环境温度的线性变化关系。示例性的，将所有器件放入温箱，泵浦激光器按传统方式进行管芯温度恒温控制，测量上述掺铒光纤光源在全温范围内（一般为-40℃~60℃）的平均波长随环境温度变化，将全温范围内光源平均波长随环境温度的变化情况进行分段线性拟合，拟合模型为y=aT+b。以第一恒温为25℃、环境温度为25℃，100mA驱动电流下光源平均波长为基准，计算各温度点的拟合值与基准的差值。其中，通过光路结构和设计参数，a可以为负值。

S22、获取当前环境温度，根据当前环境温度与第一差值关系，获取第一波长差值。

S23、线性拟合环境温度处于第二恒温，超荧光的波长随不同管芯温度的变化关系。

其中，线性拟合的管芯温度区间可以根据实际的超荧光的波长随管芯温度的变化曲线进行设定，可以为分段拟合，或其他拟合方式，在此不做限定。

具体而言，分段线性拟合获取环境温度处于第二恒温，超荧光的波长随不同管芯温度的变化关系，获取超荧光的波长随不同管芯温度的线性变化关系。示例性的，在泵浦激光器管芯额定工作温度范围，将光源平均波长随泵浦激光器管芯温度的变化进行分段线性拟合，拟合模型为y=cT+d。以管芯温度为25℃、第二恒温为25℃、100mA驱动电流下光源平均波长为基准，计算各温度点的拟合值与基准的差值。其中，通过光路结构和设计参数，c可以为负值。由此，当环境温度升高，超荧光波长变小，当管芯温度降低，超荧光波长变大，进而，在环境温度升高的时候，可以调整管芯温度升高。以降低功耗。

S24、根据第二差值关系，获取第二波长差值绝对值与第一波长差值绝对值的差值最小的且符号相反第二波长差值；并确定该第二波长差值对应的管芯温度值。

S25、调整当前管芯温度至第二波长差值对应的管芯温度值。

示例性的，根据的值选择绝对值差值最小符号相反的的值，可确定各环境温度点对应的泵浦激光器管芯应调整为的温度，根据泵浦激光器管芯温度与TEC驱动电流之间的关系，以及环境温度与管芯温度对应关系，可得到环境温度与TEC驱动电流关系，将TEC驱动电流值与对应的环境温度做成数据库后存入TEC控制模块的控制芯片单片机中，通过温度传感器测量光源的环境温度，反馈到集成了ADC和DAC的单片机中，单片机采用查表的方式在全温范围内改变泵浦激光器的TEC驱动电流，根据环境温度的大小，改变泵浦激光器管芯温度，从而稳定输出光平均波长。

需要说明的是，在一些实施例中，环境温度变化造成的，与管芯温度变化造成的接近，但绝对值并不完全一样，但这样也可以减少两种温度变化造成的波长变化，提升波长稳定性。

综上所述，本发明实施例的技术方案，在上述实施例的基础上，通过分段拟合的形式获取超荧光的波长随不同环境温度的变化关系，以及超荧光的波长随不同管芯温度的变化关系，拟合形式简单，计算量小。

可选的，图4为本发明实施例提供的第三种光纤陀螺的波长自补偿方法的流程图，如图4所示，该方法包括：

S31、获取当前环境温度，根据当前环境温度与第一差值关系，获取第一波长差值。

S32、根据第二差值关系，获取第二波长差值绝对值与第一波长差值绝对值的差值最小的且符号相反第二波长差值；并确定该第二波长差值对应的管芯温度值。

S33、根据管芯温度与TEC驱动电流之间的对应关系调整TEC驱动电流，以使当前管芯温度调整至管芯温度值。

其中，管芯温度与TEC驱动电流之间的对应关系可以为，获取管芯温度与泵浦激光器中热敏电阻的阻值的关系，以及热敏电阻阻值与TEC驱动电流之间的关系，进而获取管芯温度与TEC驱动电流之间的对应关系。

具体而言，根据管芯温度与TEC驱动电流之间的对应关系调整TEC驱动电流，以使当前管芯温度调整至管芯温度值，通过改变TEC驱动电流，调整管芯温度，进而补偿环境温度改变对超荧光输出波长的影响。

综上所述，本发明实施例的技术方案，在上述实施例的基础上，通过调节TEC驱动电流，调整管芯温度，补偿环境温度改变对超荧光输出波长的影响，实现超荧光波长的稳定输出。

可选的，图5为本发明实施例提供的第四种光纤陀螺的波长自补偿方法的流程图，如图5所示，该方法包括：

S41、获取当前环境温度，根据当前环境温度与第一差值关系，获取第一波长差值。

S42、根据第二差值关系，获取第二波长差值绝对值与第一波长差值绝对值的差值最小的且符号相反第二波长差值；并确定该第二波长差值对应的管芯温度值。

S43、获取管芯温度与泵浦激光器中热敏电阻的阻值第一对应关系。

其中，第一对应关系为泵浦激光器停止供电时，管芯温度与泵浦激光器中热敏电阻的阻值的对应关系。

具体而言，泵浦激光器中热敏电阻的阻值随管芯温度变化，进而获取管芯温度与热敏电阻的阻值第一对应关系，进而为后续获取管芯温度与TEC驱动电流之间的关系提供基础关系。

S44、获取热敏电阻的阻值与TEC驱动电流之间的第二对应关系。

其中，第二对应关系为，环境温度处于第一基准温度时，热敏电阻的阻值随TEC驱动电流的变化关系。

具体而言，泵浦激光器中热敏电阻的阻值随TEC驱动电流变化，进而获取TEC驱动电流与热敏电阻的阻值第二对应关系，可以为后续获取管芯温度与TEC驱动电流之间的关系提供基础关系。

S45、根据第一对应关系和第二对应关系获取管芯温度与TEC驱动电流之间的对应关系。

具体而言，泵浦激光器中热敏电阻的阻值随管芯温度变化，且记为第一对应关系。泵浦激光器中热敏电阻的阻值随TEC驱动电流变化，且记为第二对应关系。可以理解的是，根据第一对应关系和第二对应关系可以获取管芯温度与TEC驱动电流之间的对应关系。

示例性的，可以停止泵浦激光器供电，测试泵浦激光器内置热敏电阻在不同管芯温度下的阻值。将温箱设定为定值25℃运行，调整泵浦激光器TEC驱动电流，实时测量泵浦激光器热敏电阻的阻值，最终获取TEC驱动电流与管芯温度之间的关系。

S46、根据管芯温度与TEC驱动电流之间的对应关系调整TEC驱动电流，以使当前管芯温度调整至管芯温度值。

综上所述，本发明实施例的技术方案，在上述实施例的基础上，通过获取泵浦激光器中热敏电阻的阻值与管芯温度的第一对应关系，以及泵浦激光器中热敏电阻的阻值与TEC驱动电流的第二对应关系，进而根据第一对应关系和第二对应关系获取管芯温度与TEC驱动电流之间的对应关系。

本发明实施例所提供的光纤陀螺的波长自补偿装置可执行本发明任意实施例所提供的光纤陀螺的波长自补偿方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

基于同一构思，本发明实施例还提供一种电子设备，图6为本发明实施提供的电子设备的结构示意图，如图6所示，包括：

至少一个处理器21；以及

与至少一个处理器21通信连接的存储器22；其中，

存储器22存储有可被至少一个处理器21执行的计算机程序，计算机程序被至少一个处理器21执行，以使至少一个处理器21能够执行本发明实施例提供的光纤陀螺的波长自补偿方法。

其中，本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

其中，电子设备包括至少一个处理器21，以及与至少一个处理器21通信连接的存储器，如只读存储器（ROM）22、随机访问存储器（RAM）23等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器21可以根据存储在只读存储器（ROM）22中的计算机程序或者从存储单元加载到随机访问存储器（RAM）23中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM23中，还可存储电子设备操作所需的各种程序和数据。处理器21、ROM22以及RAM23通过总线24彼此相连。输入/输出（I/O）接口25也连接至总线24。处理器可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。电子设备中的多个部件连接至I/O接口25，包括：输入单元26、输出单元27、存储单元28、以及通信单元29，通信单元29允许电子设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器21的一些示例包括但不限于中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、各种专用的人工智能（AI）计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器（DSP）、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器21能够执行本发明实施例提供的光纤陀螺的波长自补偿方法。

基于同一构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使处理器执行本发明实施例提供的光纤陀螺的波长自补偿方法。

其中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

一具体实施例中，图7为本发明实施例提供的一种无波长补偿的光源波长与环境温度的关系示意图，图8为本发明实施例提供的一种无波长补偿的光源功耗与环境温度的关系示意图，图9为本发明实施例提供的一种自补偿后的光源波长与环境温度的关系示意图，图10为本发明实施例提供的一种自补偿后的光源功耗与环境温度的关系示意图。

参考图7和图9，本发明实施例的技术方案，通过波长的自补偿，将波长变化由0.32nm降低为0.04nm，减小了接近一个数量级。参考图8和图10，本发明实施例的技术方案将光源平均功耗减小一半以上。

由此，本实施例的技术方案，由于掺铒光纤光源波长受环境温度影响，而泵浦激光器波长受环境温度和激光器管芯工作温度的影响，所以可以通过改变激光器管芯工作温度补偿环境温度对于光源输出波长的影响。同时，泵浦激光器的功耗很大一部分来源于激光器管芯温控的TEC驱动电流，降低管芯与环境的温度差，将大幅降低光源的平均功耗及启动的瞬时功耗。所以，通过设计掺铒光纤光路结构与参数，使超荧光波长与环境温度一阶拟合曲线的一次项系数为负，则通过TEC驱动控制在低温段相应降低管芯温度，在高温段提高泵浦激光器工作温度，可使光源的平均波长趋于稳定，并降低光源在高低温下的功耗。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤陀螺的波长自补偿方法，其特征在于，包括：

获取当前环境温度，根据所述当前环境温度与第一差值关系，获取第一波长差值；

根据第二差值关系，获取所述第一波长差值绝对值与第二波长差值绝对值之间差值，筛选所述差值最小，并与所述第一波长差值符号相反的第二波长差值；并确定所述第二波长差值对应的管芯温度值；

调整当前管芯温度至所述第二波长差值对应的所述管芯温度值；

其中，所述第一差值关系为管芯温度处于第一恒温，超荧光的波长随不同环境温度的变化关系与基准关系之间的波长差值关系；所述第二差值关系为所述环境温度处于第二恒温，所述超荧光的波长随不同所述管芯温度的变化关系与所述基准关系之间的波长差值关系；所述基准关系为所述管芯温度为第一基准温度，所述环境温度为第二基准温度，激光器驱动模块的驱动电流为基准电流情况下，所述超荧光的波长与所述第一基准温度、所述第二基准温度之间的关系。

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺的波长自补偿方法，其特征在于，在根据所述当前环境温度与第一差值关系，获取第一波长差值之前，包括：

线性拟合获取所述管芯温度处于第一恒温，所述超荧光的波长随不同所述环境温度的变化关系；

在根据第二差值关系，获取所述第一波长差值绝对值与第二波长差值绝对值之间差值，筛选所述差值最小，并与所述第一波长差值符号相反的第二波长差值之前，包括：

线性拟合所述环境温度处于第二恒温，所述超荧光的波长随不同所述管芯温度的变化关系。

3.根据权利要求1所述的光纤陀螺的波长自补偿方法，其特征在于，所述调整当前管芯温度至所述第二波长差值对应的所述管芯温度值，包括：

根据所述管芯温度与调整管芯温度的TEC驱动电流之间的对应关系调整所述TEC驱动电流，以使当前管芯温度调整至所述管芯温度值。

4.根据权利要求3所述的光纤陀螺的波长自补偿方法，其特征在于，在根据所述管芯温度与调整管芯温度的TEC驱动电流之间的对应关系调整所述TEC驱动电流之前，还包括：

获取所述管芯温度与泵浦激光器中热敏电阻的阻值第一对应关系；

获取所述热敏电阻的阻值与所述TEC驱动电流之间的第二对应关系；

根据第一对应关系和第二对应关系获取所述管芯温度与所述TEC驱动电流之间的对应关系。

5.一种光纤陀螺的波长自补偿装置，其特征在于，用于实现如权利要求1-4任一项所述的光纤陀螺的波长自补偿方法，包括：

管芯温度调整模块、激光器驱动模块、泵浦激光器、第一光波分复用器、掺铒光纤、第二光波分复用器、光纤反射镜、光隔离器、光纤滤波器和温度传感器；所述激光器驱动模块和所述管芯温度调整模块分别与所述泵浦激光器连接，所述泵浦激光器的输出端与所述第一光波分复用器的第一端熔接，所述第一光波分复用器的第二端与所述掺铒光纤的一端熔接，所述掺铒光纤的另一端与所述第二光波分复用器的第一端熔接，所述第二光波分复用器的第二端与所述光纤反射镜熔接，所述第一光波分复用器的第三端与所述光隔离器的一端熔接，所述光隔离器的另一端与所述光纤滤波器的一端熔接，所述光纤滤波器的另一端用于输出掺铒光纤中经泵浦的铒离子自发放大辐射自发辐射生成的超荧光；

所述激光器驱动模块用于向所述泵浦激光器注入驱动电流，所述温度传感器用于测量当前环境温度；

还包括：控制模块，所述控制模块分别与所述管芯温度调整模块和所述温度传感器连接，所述控制模块用于执行如权利要求1-4任一项所述的自补偿方法。

6.根据权利要求5所述的光纤陀螺的波长自补偿装置，其特征在于，

所述管芯温度调整模块为TEC驱动模块，所述控制模块为TEC控制模块，所述TEC控制模块控制所述TEC驱动模块基于TEC驱动电流与所述管芯温度之间的关系，输出与所述第二波长差值对应的管芯温度值对应的TEC驱动电流。

7.根据权利要求5所述的光纤陀螺的波长自补偿装置，其特征在于，

所述第一恒温、所述第二恒温、所述第一基准温度、所述第二基准温度均为25℃，所述基准电流为100mA。

8.根据权利要求5所述的光纤陀螺的波长自补偿装置，其特征在于，

所述控制模块包括ADC和DAC，为单片机、FPGA芯片或DSP芯片中的其中一种。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-4中任一项所述的光纤陀螺的波长自补偿方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的光纤陀螺的波长自补偿方法。

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