[发明专利]一种利用偏振分离消除热效应的光纤陀螺

说明书

本发明涉及一种利用光源偏振分离用来消除热效应的光纤陀螺装置。该发明中宽谱光源经过起偏器形成高偏光，经过45°保偏对轴均分成两束正交偏振光，分别进入偏振分束器的快轴和慢轴，再经过一个偏振分束器后快轴和慢轴的光进入同一个光纤环，相同轴向的偏振光发生Sagnac效应后，分别由两个独立的光电探测器进行探测，通过信号处理可以抵消到热效应带来的Shupe效应误差。该装置结构简单、集成度高，在光路结构上将Sagnac效应与Shupe效应分离，提高了光纤陀螺的测试精度。

技术领域

本发明设计属于光纤陀螺技术领域，具体涉及到一种利用光源偏振分离用来消除热效应的光纤陀螺装置。

背景技术

干涉型光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的全固态惯性仪表，在航空、航天、航海领域，作为高精度角速度传感器具有重大的应用价值。其中的保偏光纤环采用几百米到几公里的保偏光纤进行绕制，由于光纤环的绕制工艺，在非对称位置的弯曲、扭转、涂胶不均匀等原因，使其极易产生非互易效应。特别地，温度变化对于光纤陀螺的零偏、零偏稳定性都会产生重要的影响。典型光纤陀螺装置采用单一高偏光工作，由于温度扰动引起的产生非互易相移，与陀螺自身旋转引起的Sagnac相移无法区分，在光纤陀螺中将产生较大的角速度偏置误差。

如何消除温度热效应带来的零偏误差成为影响光纤陀螺性能的一个重要因素。一种方案就是直接改造光纤环：2013年，北京自动化控制设备研究所的毕聪志等人发明了一种可减小光纤陀螺温度漂移传感环圈制备方法(中国专利号ZL 201310267882.3)，该发明提供了一种从金属骨架中点开始进行绕制的光纤环装置，降低了复杂温变环境下光纤陀螺的零偏变化量；2016年，北京航天时代光电科技有限公司的黄鑫岩等人发明了一种温控方案，用于光电分离式光纤陀螺光路(中国专利号ZL 201510890482.7)，该发明直接加热光纤环使其内部温度场均匀分布，使其在稳定的温度范围内工作从而避免Shupe效应产生的零偏变化，另外陀螺将电路也分离出来。

上述消除温度热效应带来的零偏误差的方案是从改进光纤环角度入手，需要特殊定制的机械组件，加工精度和工艺技术有特殊要求，也没有将Shupe效应完全分离出去。2015年，浙江大学的周柯江等人发明了一种消除热效应的光纤陀螺(中国专利号ZL201510040498.9)，该发明从改变光纤陀螺整体结构入手，可以将Shupe效应与Sagnac效应完全分离，但是需要一种基于Ti扩散的特殊工艺光学集成芯片。对于低成本、高可靠的光纤陀螺，需要结构更加简单的Shupe效应与Sagnac效应分离方案。

发明内容

本发明的目的是将Shupe效应与Sagnac效应完全分离，提供一种结构简单、集成度高的光纤陀螺装置。该装置将光源按照偏振态进行分离，利用同一个光纤环，将两组信号处理后消除热效应。

本发明一个技术方案提供一种利用偏振分离消除热效应的光纤陀螺，其包含：

高偏光源、45°连接点、第一保偏偏振分束器、第二保偏偏振分束器、第一环行器、第二环行器、保偏光纤环；

所述高偏光源含有宽谱光源和偏振器，沿快轴或慢轴输出偏振光；

所述45°连接点连接偏振器，还连接第一保偏偏振分束器的任意一个合光端口，偏振光被均分成相互垂直的两束后，快轴的光输入到第一保偏偏振分束器的第一分光端口，慢轴的光输入到第一保偏偏振分束器的第二分光端口；

所述第一保偏偏振分束器的第一分光端口连接第一环行器，允许快轴的光经过第一环行器的第一端口从第一环行器的第二端口输出；

所述第一保偏偏振分束器的第二分光端口连接第二环行器，允许慢轴的光经过第二环行器的第一端口从第二环行器的第二端口输出；

所述第一环行器的第二端口连接第二保偏偏振分束器的第一分光端口，允许快轴的光进入到第二保偏偏振分束器的第一分光端口；