[发明专利]用于检测角速度信号的谐振式光纤陀螺仪

说明书

一种用于检测角速度信号的谐振式光纤陀螺仪，采用低相干光作为探测光源，利用多光束干涉现象检测光纤陀螺转动引起的光强变化信号，即在锯齿波调制信号作用下，通过谐振式光纤陀螺仪中的Y波导对探测光脉冲产生周期性变化频移并获得对应的光电信号，将光电信号与Y波导驱动信号相乘并滤波后得到与角速度存在线性关系的误差信号，实现光纤陀螺转动的检测。利用低相干光的多光束干涉现象检测光纤陀螺转动引起的光强变化信号，使光纤陀螺系统结构显著简化，能够实现对转动信号的高精度测量。

技术领域

本发明涉及的是一种传感领域的技术，具体是一种用于检测角速度信号的谐振式光纤陀螺仪。

背景技术

谐振式光纤陀螺仪采用光纤环形谐振腔作为传感单元，通过光在谐振腔中的多次循环往返，理论上可以采用很短的光纤长度实现和干涉式光纤陀螺相同甚至更高的测量精度。现有的谐振式光纤陀螺仪一般采用具有高相干性的窄线宽激光作为探测光，这带来两个问题：高相干激光引起背向散射和反射、偏振态串扰、非线性克尔效应等寄生噪声，严重影响了谐振式光纤陀螺的实际测量精度；基于窄线宽激光光源的谐振式光纤陀螺方案至少需要两路光学锁频系统，以将激光频率分别锁定到光纤环形谐振腔在顺时钟以及逆时针方向的谐振峰上，导致陀螺仪系统结构非常复杂，一直没能实用化。

干涉式光纤陀螺的精度正比于内部光纤的长度；谐振式光纤陀螺理论上能够用较短的光纤长度，达到具有长光纤的干涉式光纤陀螺仪相同的精度，但在现有的实现方案复杂且噪声大、精度低；常规技术手段和现有文献中记载的谐振式光纤陀螺，均采用高相干光源(也称为窄线宽激光光源)作为探测探测光源，采用至少两个(往往需要三个)移频器和反馈锁定控制回路，才能实现对角速度的测量。

发明内容

本发明针对现有技术采用高相干光带来的寄生噪声等缺陷，提出一种用于检测角速度信号的谐振式光纤陀螺仪，利用低相干光的多光束干涉现象检测光纤陀螺转动引起的光强变化信号，使光纤陀螺系统结构显著简化，能够实现对角速度信号的高精度测量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种用于检测角速度信号的谐振式光纤陀螺仪，包括：低相干宽带光源、光电探测器、数据处理单元、光环形器、Y波导、光纤环形谐振腔和电路部分，其中：低相干宽带光源发出的光信号输出至光环形器的第一端口并通过第二端口输出至Y波导，Y波导输出两路光调制信号分别至第一和第二光耦合器并分别注入光纤环形谐振腔中相对的两个传输方向；光纤环形谐振腔通过两个光耦合器分别输出的光信号返回至Y波导并通过从光环行器的第三端口输出至光电探测器；数据处理单元产生两路调制信号驱动Y波导的两个调制电极，使Y波导输出的两路光信号分别具有特定周期和大小的频移量；数据处理单元采集光电探测器输出的电压信号，并以驱动Y波导的调制信号作为参考信号，对采集到的电压信号进行同步检波，输出解调信号。

所述的检测是指：采用低相干光作为探测光源，利用多光束干涉现象检测光纤陀螺转动引起的干涉信号，具体为：在Y波导驱动信号作用下，通过谐振式光纤陀螺仪中的Y波导对探测光脉冲产生周期性变化频移并获得对应的光电信号，将光电信号与Y波导驱动信号相乘并滤波后得到与角速度存在线性关系的误差信号，实现光纤陀螺转动的检测。

所述的驱动信号为三角波、锯齿波或正弦波等波形，优选为锯齿波。

所述的检测，包括开环状态和闭环状态两种工作模式，在开环工作状态下，Y波导输出的两路光信号的频移量大小相同、方向相反，解调信号的大小正比于待测角速度的大小，解调信号的符号反映了待测角速度的方向，经过标定后得到输出待测角速度信号；在闭环工作状态下，利用该解调信号作为误差信号，分别控制Y波导对两路输出光信号上产生的频移大小，使得该解调信号维持在0值附近，此时Y波导对两路输出光信号上产生的频移大小的差值即反映了待测角速的大小和方向。

所述的Y波导具有光束的分束与合束、起偏和相位调制功能。