[实用新型]一种基于光纤耦合器相位偏置的光纤陀螺仪

说明书

技术领域

本实用新型属于光信息技术领域，具体涉及一种基于光纤耦合器相位调制的光纤陀螺仪。

背景技术

光纤传感技术是一种以光波为载体、光纤为媒质，感知和传输外界被测信号的新型传感技术。光纤陀螺是光纤传感领域最重要的成就之一。随着光纤技术在光通信、光纤传感和光信息处理方面的迅速发展和广泛应用，光纤陀螺的发展也引起了科研工作者的广泛关注。光纤陀螺是一种结构简单、成本低、精度较高的全固态惯性器件。光纤陀螺的作用是能够通过测量两束光波的相位差或者频差来实现对角速度或角位移的测量。基于光纤耦合器相位调制的光纤陀螺仪不仅实现了对角速度的测量，同时还具有在低转速时的高精度的特点。

发明内容

针对其它光纤陀螺仪的缺点，本实用新型提供了一种基于光纤耦合器相位调制的光纤陀螺仪，具有灵敏度高，旋转方向可确定等优点，特别适合于全光通信系统技术中的应用。

本实用新型采取以下技术方案：基于光纤耦合器相位偏置的光纤陀螺仪，包括光源，光纤分支器，第一环行器，第二环行器，光探测器，光纤耦合器和光纤环。光源与光纤分支器的第一端口连接，光纤分支器的第二端口与第一环行器的第一端口连接，第一环行器的第二端口与第一光探测器的第一端口连接，第一环行器的第三端口与光纤耦合器的第一端口连接。光纤分支器的第三端口与第二环行器的第一端口连接，第二环行器的第三端口与光纤耦合器的第二端口连接，光纤耦合器的第三端口与光纤环的第一端口连接，光纤耦合器的第四端口与光纤环的第二端口连接。

本实用新型的特点是利用光纤分支器将光源的光波分成两个相同的光波输入到在光纤耦合器的第一输入端口和第二输入端口，并且在耦合器前端加入环行器以确保光的正确流向。通过光纤耦合器对光波进行相位调制，实现对旋转角速度的测量功能。

本实用新型利用两束光波，一起进入光纤耦合器，由于相位调制的作用，引起耦合器中传输的光的相位变化，再经由光纤环，由于萨格纳克效应，产生相位差，即萨格纳克相移。在由光纤耦合器的第三、第四端口输入到光纤耦合器，进行二次相位调制，从而对输出光进行了相位偏置作用，实现对低旋转角速度测量的功能。

本实用新型全光逻辑器具有灵敏度高，旋转方向可确定等优点，特别适合惯性导航和测量方面的应用。

附图说明

图1为基于光纤耦合器相位偏置光纤陀螺仪的结构示意图。

图2为探测光强随萨格纳克相移变化的光纤陀螺仪特性曲线，图2中萨格纳克相移范围                                               --。

图3为在低转速下，即萨格纳克相移近似为零时，光纤陀螺仪灵敏度即探测光强对萨格纳克相移导数随耦合器系数的变化曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实施例基于耦合器相位偏置的光纤陀螺仪，包括光源1-1，光纤分支器2-1，第一环行器3-1，第二环行器3-2，光探测器4-1，光纤耦合器5-1，光纤环6-1。光纤分支器的第二端口为50%端口，第三端口为50%端口。

光源与光纤分支器的第一端口b1连接，光纤分支器的第二端口b2与第一环行器的第一端口c1连接，第一环行器的第二端口c2与第一光探测器的第一端口d1连接，第一环行器的第三端口c3与光纤耦合器的第一端口e1连接。光纤分支器的第三端口b3与第二环行器的第一端口c4连接，第二环行器的第三端口c6与光纤耦合器的第二端口e2连接，光纤耦合器的第三端口e3与光纤环的第一端口f1连接。光纤耦合器的第四端口e4与光纤环的第二端口f2连接，可调节光纤耦合器的耦合器系数，计算光纤陀螺仪的灵敏度。

图2显示了：在光纤耦合器的耦合系数为的情况下，探测器的输出端口的输出光强随萨格纳克相移变化的光纤陀螺仪特性曲线。使得光纤陀螺仪干涉工作在响应灵敏度最大的点上。

图3表示在旋转角速度近似为零的情况下，光纤陀螺仪灵敏度随光纤耦合器系数的变化特性曲线。

本实用新型光纤陀螺仪的实现过程：

1.根据光纤陀螺仪输出光强与萨格纳克相移关系曲线，得到光纤陀螺仪灵敏度与萨格纳克相移的关系式。

2.根据灵敏度与萨格纳克相移的关系式，选择不同的耦合器系数，同时结合萨格纳克效应，实现对低旋转角速率的高精度测量功能。

以上对本实用新型的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本实用新型提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本实用新型的保护范围。