[发明专利]MZ谐振干涉原理的光纤陀螺仪

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺仪，尤其是一种MZ谐振干涉原理的光纤陀螺仪。

背景技术

光纤陀螺是一种无机械转子的新型全固态惯性仪，具有寿命长、启动快、精度高、动态范围宽等优点，在航空航天、武器导航等领域起到了极为关键的作用。当前光纤陀螺主要采用基于Sagnac原理的干涉式光纤陀螺(IFOG)、谐振式光纤陀螺(RFOG)两种方案。干涉式光纤陀螺相对比较成熟，为了提高系统探测精度降低噪声，采用了超辐射发光光源(SLD)及长达数百米的保偏光纤线圈，同时也带来了系统体积重量较大，系统稳定性降低、成本较高的缺点。谐振式光纤陀螺采用循环光束之间的多波干涉的原理，可以在较短的光纤中获得较高的探测精度，但需要高相干光源Δυ＜100kHz、低损耗的保偏耦合器，而且高相干光源也引入了较强的后向反射散射噪声；在此之后又提出了一种再入式光纤陀螺(REFOG)，该种陀螺(图4)采用低相干光源(SLD)，利用光在谐振腔中相向传输的光传输相同圈数后出射干涉的原理，获得较高的输出曲线精细度，通过光放大器有源放大可获得较高的探测灵敏度，缺点是输出中包含了大量无转动信息(直接通过耦合器未进入谐振腔)的光，使其在无源情况下探测灵敏度较低，即使是在有源情况下，由于增益饱和也给光放大器带来了负担，光放大器的自发辐射噪声对光信号影响也非常大。而且采用SLD始终是陀螺方案中的一种折中，该器件存在工艺技术较复杂、输出功率较低(一般＜150μW)、价格昂贵、光源稳定性差等缺点，特别是在谐振式光纤陀螺中无源情况下多次分光循环后光非常微弱，给后续信号处理带来非常大的难度。

为了克服Sagnac干涉式光纤陀螺仪光功率利用率低，正向反向光在同一光路传输造成干扰及信噪比低的缺点，我们在2003年获得了一种基于MZ(Mach-Zehnder)干涉原理的干涉式光纤陀螺仪(03103030.0)，该种陀螺仪使用单模半导体激光器，其正向传输光路与反向传输光路彼此独立相互之间不产生干扰，且不存在多次光分路所造成的功率损耗，其原理结构图如图5所示。从激光器发出的光进入光纤后被3dB耦合器2分束后分别送到长度完全一样的两光纤信号臂S1端口aa’和S2端口bb’中，两光纤信号臂按同一圆心，同一直径以相同绕制方法缠绕在光纤线圈架上形成光纤线圈，光信号分别从S1臂的端口a以及S2臂的端口b输入，因此形成的光路传输方向彼此反向两信号臂的输出端a’b’再与3dB B耦合器8的两输入端连接，最后干涉信号从耦合器8对接的光探测器9转换成电信号I，通过对输出电信号的测量即可获得陀螺旋转角速度的信息：

I=12Pη(1-cos(4πlRΩcλ))---(1)]]>

其中P为光功率，η为光电转换系数，l为MZ一臂长、R为光纤环半径、Ω为旋转角速度，c为光速，λ为光波长。

基于MZ干涉原理的干涉陀螺仪，也存在固有的缺点，其精度、灵敏度比谐振式光纤陀螺低。

发明内容

本发明的目的是为了克服MZ干涉原理的干涉陀螺仪的臂较长，精度较低的缺点，而提供了一种MZ谐振干涉原理的光纤陀螺仪，该陀螺仪采用两臂对称的双循环光束之间的MZ多波束干涉的原理，可以用较短的光纤臂实现非常长的带转动角速度信号的光路，而且输出信号不含无转动信息的光。

本发明的目的可通过如下措施来实现：