[发明专利]一种光路复用的三轴一体化谐振式光纤陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及一种光路复用的三轴一体化谐振式光纤陀螺。

背景技术

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro，R-FOG)是利用光学Sagnac效应实现转动检测的一种高精度的惯性传感器件^[1]。谐振式光纤陀螺通过检测光纤环谐振腔中反向传输的两束(顺时针和逆时针)光波的谐振频率差来获得物体的旋转角速度。因此，在谐振式光纤陀螺中，将激光器输出光波频率和光纤环谐振腔的谐振频率锁定在一起是一个关键的技术，称之为谐振频率锁定技术。如图3所示，实现谐振频率锁定的通常做法是反馈控制激光器的输出激光频率，使其锁定到谐振腔谐振频率上^[2，3，4]。然而目前的输出光波可调谐的窄线宽光纤激光器的体积较大而且价格昂贵，是谐振式光纤陀螺系统小型化的一个障碍。另一种实现谐振频率锁定的方法是，通过反馈调谐光纤环谐振腔的腔长，从而改变其谐振频率，使谐振腔谐振频率锁定在激光器输出光波频率上^[5]。通过同时反馈调谐激光器输出光波频率和调谐光纤环谐振腔的腔长来实现谐振频率锁定也是可行的方案^[6]。调谐光纤环谐振腔腔长的方法可以通过将构成光纤环谐振腔的敏感光纤线圈缠绕于压电陶瓷管的外壁上，通过电压信号控制调谐压电陶瓷管的外壁直径，从而调谐光纤环谐振腔的腔长，改变谐振腔谐振频率。压电陶瓷的制作工艺成熟、价格低廉，因此可以根据反馈调谐的范围优化合理设计压电陶瓷管的大小。

由于不需要可调谐输出激光频率的窄线宽激光器，可以选择体积更小、价格更低的小型化固定输出光频的窄线宽单频激光器作为谐振式光纤陀螺系统的光源，从而有利于系统的小型化。在应用压电陶瓷管调谐光纤环谐振腔腔长实现谐振频率锁定的基础上，设计三轴谐振式光纤陀螺时，三轴陀螺中的三个陀螺可以共用激光光源和Y分叉相位调制器，以减小系统体积和成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种光路复用的三轴一体化谐振式光纤陀螺。

光路复用的三轴一体化谐振式光纤陀螺包括光路装置、信号检测电路，光路装置中的激光器与Y分叉相位调制器的输入端相连接；Y分叉相位调制器的两个输出端分别与第一1×3光纤耦合器、第二1×3光纤耦合器的输入端相连接；第一1×3光纤耦合器的三个输出端分别与第一光纤环行器、第二光纤环行器、第三光纤环行器的1端口相连接；第二1×3光纤耦合器的三个输出端分别与第四光纤环行器、第五光纤环行器、第六光纤环行器的1端口相连接；第一光纤环谐振腔的一个端口与第一光纤环行器的2端口相连接，另一端与第四光纤环行器的2端口相连接；第二光纤环谐振腔的一个端口与第五光纤环行器的2端口相连接，另一端与第二光纤环行器的2端口相连接；第三光纤环谐振腔的一个端口与第三光纤环行器的2端口相连接，另一端与第六光纤环行器的2端口相连接；第一光纤环谐振腔、第二光纤环谐振腔、第三光纤环谐振腔的敏感线圈分别缠绕于第一压电陶瓷管、第二压电陶瓷管、第三压电陶瓷管的外壁上；第一光纤环行器、第二光纤环行器、第三光纤环行器、第四光纤环行器、第五光纤环行器、第六光纤环行器的3端口均与光电探测器阵列相连接；光电探测器阵列与信号检测电路相连接；Y分叉相位调制器的两个调制信号输入端均与信号检测电路相连接；第一压电陶瓷管、第二压电陶瓷管、第三压电陶瓷管均与信号检测电路相连接。

所述的信号检测电路装置的内部模块连接关系为：调制信号发生器与信号同步解调器相连接，信号同步解调器与反馈电路相连接，调制信号发生器产生的两路调制信号分别与Y分叉相位调制器的两个调制信号输入端相连接，反馈电路的三个输出端分别与第一压电陶瓷管、第二压电陶瓷管、第三压电陶瓷管相连接。

激光器为小型化的窄线宽单频激光器。光电探测器阵列由六个光电探测器组成。光纤环谐振腔是由一个2×2光纤耦合器构成，将其两端的各一个尾纤端口熔接后形成光纤环谐振腔的光纤敏感线圈，以压电陶瓷管的外壁直径作为光纤环谐振腔的直径，将敏感光纤线圈的光纤缠绕于压电陶瓷管的外壁。

本发明具有的有益效果：

1)光路复用的三轴一体化谐振式光纤陀螺中的三个陀螺共用同一个激光器和一个Y分叉相位调制器，减小了系统体积，节省成本。

2)采用压电陶瓷管调谐光纤环谐振腔腔长实现谐振频率锁定的方法，从而可以用光波频率固定的小型化激光器代替价格昂贵的可调谐激光器，减小系统体积、节省成本。