[发明专利]基于双耦合光纤环形谐振腔相干效应的谐振式光纤陀螺

说明书

技术领域

本发明属于光纤陀螺的技术领域，具体涉及一种克服传统谐振式光纤陀螺灵敏度低，不能满足商用飞机、空间定位和导航等对灵敏度要求很高场合的需求的问题的基于双耦合光纤环形谐振腔相干效应的谐振式光纤陀螺。

背景技术

1976年，美国Utah大学的V.Vali和R.W.Shorthill成功地研制了第一个光纤陀螺，光纤陀螺一问世就以其动态范围大、寿命长、功耗低、体积小等优点，引起了世界上许多国家的大学和科研机构的重视，获得了迅速的进展。目前，传统的谐振式光纤陀螺中采用的是一个光纤环形谐振腔，当陀螺旋转时，光纤环形谐振腔的谐振频率会随旋转角速度而变化，所以通过探测光纤环形谐振腔谐振频率的变化，可测量旋转角速度，但其灵敏度较低，不能满足商用飞机的姿态对准，特别是空间定位和导航等对灵敏度要求很高的场合的需求。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种具有更高灵敏度的基于双耦合光纤环形谐振腔相干效应的谐振式光纤陀螺。

本发明的目的是这样实现的：

基于双耦合光纤环形谐振腔相干效应的谐振式光纤陀螺，包括激光器（1）、偏振控制器（2）、铌酸锂相位调制器（3）、第一光纤耦合器（4）、第一光纤环形谐振腔（5）、第二光纤耦合器（6）、第二光纤环形谐振腔（7）、第三光纤耦合器（8）、探测器（9）、信号处理及反馈系统（10），激光器的光输出端通过单模光纤连接偏振控制器的光输入端，偏振控制器的光输出端通过单模光纤连接铌酸锂相位调制器的光输入端，铌酸锂相位调制器的光输出端通过单模光纤连接第一光纤耦合器的光输入端，第一光纤耦合器连接第一光纤环形谐振腔，第一光纤环形谐振腔连接第二光纤耦合器，第二光纤耦合器连接第二光纤环形谐振腔，第二光纤环形谐振腔连接第三光纤耦合器，第三光纤耦合器的光输出端通过单模光纤连接探测器，探测器的信号输出端连接信号处理及反馈系统的信号输入端，信号处理及反馈系统的反馈信号输出端连接铌酸锂相位调制器的调制信号输入端，同时信号处理及反馈系统产生陀螺输出信号。

信号处理及反馈系统是由一级低通滤波电路（10.1）、放大电路（10.2）、二级低通滤波电路（10.3）、差分电路（10.4）组成的，探测器探测的电信号进入信号处理及反馈系统，经一级低通滤波电路滤波后，进入放大电路进行放大，然后进入二级低通滤波电路进行滤波，最后进入差分电路，在差分电路中对二级低通滤波电路输出信号的直流分量与已知数值求差，差值决定了信号处理及反馈系统产生反馈控制信号的幅度，反馈控制信号为频率为5KHz的阶梯波，加载到铌酸锂相位调制器上由调制铌酸锂相位调制器输出光的频率，同时信号处理及反馈系统输出直流电压信号，大小与反馈控制信号的幅度相同，作为陀螺输出信号，依据此直流电压信号的大小即可获得旋转速度的大小。

第一光纤环形谐振腔与第二光纤环形谐振腔所用的单模光纤长度不同，第一光纤环形谐振腔的匝数为10匝，直径为10cm，第二光纤环形谐振腔的匝数为11匝，直径为10cm。

一级低通滤波电路低通频率范围为0—500Hz；放大电路放大倍数为20倍；二级低通滤波电路低通频率范围为0—50Hz；

第一光纤环形谐振腔由单模光纤制作，所述的第二光纤环形谐振腔由单模光纤制作。

本发明的有益效果在于：

本发明包含两个不同长度光纤制作的光纤环形谐振腔，两个光纤环形谐振腔间的相互耦合产生相干效应，可通过测量两光纤环形谐振腔相干谐振频率的变化，得到旋转角速度，与相同光纤长度的传统谐振式光纤陀螺相比，其灵敏度可提高数十倍。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的信号处理及反馈系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明由激光器1、偏振控制器2、铌酸锂相位调制器3、第一光纤耦合器4、第一光纤环形谐振腔5、第二光纤耦合器6、第二光纤环形谐振腔7、第三光纤耦合器8、探测器9、信号处理及反馈系统10组成的；