[发明专利]用于光纤陀螺仪的零均值控制的相位调制器以及光纤陀螺仪

说明书

本发明涉及一种用于光纤陀螺仪的控制系统(100)，其具有相位调制器(110)用于调制光信号(115)的相位，以及具有控制单元(120)用于生成控制信号(125)，以该控制信号的值调制相位，并将该控制信号发送至相位调制器(110)。其中，控制信号随机变化并且是零均值的。

技术领域

本发明涉及一种用于光纤陀螺仪的控制系统，以及一种光纤陀螺仪，特别是一种光纤萨格纳克干涉仪。

此外，本发明还涉及一种用于基于法拉第效应的光纤电流传感器的控制系统，以及这种光纤电流传感器。

背景技术

光纤陀螺仪，例如萨格纳克干涉仪应用于惯性导航系统中的旋转速率传感器中。

惯性导航系统能够以多种方式实现，其中，通常以对作用于物体的力或加速度的检测以及某个定点上的旋转速率为基础。也可以利用光学效应代替机械效应为惯性导航系统确定旋转速率。这种惯性导航系统可以基于至少一个光纤陀螺仪，例如萨格纳克干涉仪。该萨格纳克干涉仪利用萨格纳克效应，根据该效应，在光学的光纤环路绕其法线旋转时，产生在该光纤环路中反向而行的两束光之间的光程差。在观察两束光束从光纤环路射出并叠加的光时，在旋转过程中可见强度变化，该强度变化能够由干涉仪特征曲线描述，该干涉仪特征曲线描述了取决于两列光波的相位差的强度变化。换句话说，作用于光纤陀螺仪，例如萨格纳克干涉仪的旋转运动引起反向绕行的两束光束之间的相移，从而在两束光的叠加处，能够观察到取决于旋转运动的强度变化。

在光纤萨格纳克干涉仪中的相移与旋转速度、光纤环路或光纤线圈中光路的长度以及环形光路的直径成正比。此外，该相移与所使用的光的波长成反比。

上文提到的干涉仪特征曲线是余弦曲线，该特征曲线描述了应用作确定旋转的观测变量的光强对相位差的相关性。

由于相应的传递函数在余弦曲线的最大值处对小的输入值不敏感，并且由于无法确定相移的对应旋转方向的符号，常常通过相位调制这样调节光纤陀螺仪的工作点，即，该工作点位于余弦函数的斜率最大的点处。为此，例如可以考虑正弦调制或矩形调制。由此，应能够在微小的旋转运动下就可确保干涉仪的最大灵敏度。

包含光纤陀螺仪的旋转速率传感器大多具有集成的光学多功能芯片(multifunctional integrated optical chip，MIOC)作为相位调制器，借助其能够进行所通过光束的相位调制。MIOC通常是控制回路的一部分，该控制回路用于通过控制信号调节上述相位调制。MIOC中的物理效应，例如移动的载流子，造成了相位调制对控制信号的频率的相关性。MIOC因此具有频率响应，基于此，不同的频率引起不同的频率响应，特别是，MIOC的响应特性在小频率时比大频率时较不显著。由于这一现象也可追溯到MIOC中的载流子的移动性，因此也存在MIOC频率响应对环境温度或MIOC自身温度的相关性。

该MIOC频率响应导致锁定效应的特殊形式，这表现在，在实际的0°/h左右的低旋转速率下，会出现对应旋转速率0°/h的输出信号的累积。由此产生的、光纤陀螺仪，例如萨格纳克干涉仪对于极低旋转速率的不灵敏性阻碍了高精确度且可靠的测量，特别是在很低的旋转速率下。

发明内容

本发明的任务在于提供一种用于光纤陀螺仪的控制系统，其中，由相位调制器的频率响应所引起的锁定效应得到有效遏制，并且其中，即使在低旋转速率下也能够进行高精确度的旋转速率测量。根据本发明，该任务通过独立权利要求的技术方案来解决。扩展方案由各条从属权利要求给出。

用于光纤陀螺仪的控制系统具有用于调制光信号的相位的相位调制器和用于生成控制信号的控制单元，以该控制信号的值调制相位并将该控制信号发送至相位调制器。在此，控制信号随机变化并且是零均值的。