[发明专利]光纤陀螺

说明书

本申请涉及一种光纤陀螺包括宽带光源、探测器、耦合器、相位调制器和单偏振光纤环；宽带光源发出的光线进入耦合器，由耦合器分为第一光束和第二光束，第一光束经由相位调制器进入单偏振光纤环，第二光束直接进入单偏振光纤环；第一光束和第二光束在单偏振光纤环中分别以顺时针和逆时针传播后输出，第一光束进入耦合器；第二光束经由相位调制器后进入耦合器；第一光束和第二光束在耦合器中产生干涉信号；由耦合器发出的干涉信号进入探测器，以确定光纤陀螺的旋转状态。本申请光纤陀螺结构简单，且检测精度高。

技术领域

本申请属于陀螺仪技术领域，特别涉及一种光纤陀螺。

背景技术

光纤陀螺是测量物体转动角速度的一种高精度传感器，其原理基于萨格奈克效应：当陀螺旋转时，光纤线圈内沿顺时针和逆时针方向传播的两束光波之间产生一个与旋转角速率Ω成正比的相位差φs，理想情况下，通过测量该相位差φs并进行实时信号处理，可以精确得到物体旋转角速度。光纤陀螺是一种结构简单、成本低、潜在精度高的新型全固态惯性器件，将成为惯性导航和战略应用领域的主要仪表。

现在主要的干涉型光纤陀螺由保偏光纤绕制而成。该类型传统的保偏光纤通过引入应力结构引起线性双折射，当温度升高时，应力区的应力逐渐释放，双折射值逐渐减小乃至消失，致使传统保偏光纤偏振特性的温度稳定性很差。因此，传统保偏光纤制成的光纤陀螺会因温度变化引起传输光保偏能力的变化、偏振耦合及串扰，从而使光纤陀螺产生较大的偏置误差，影响其精度。光子晶体光纤是一种包层由空气孔-石英沿轴向方向周期排列所构成的新型光纤。其受温度的影响更小，通过结构设计可以从根本上解决偏振串扰、偏振模色散等问题，减小光纤陀螺的零位漂移和信号衰落，提高其精度。

目前市面上光纤陀螺的价格普遍很高，很大一部分原因是光器件的价格昂贵。例如在中国专利“一种基于单模单偏振光子晶体光纤的光纤陀螺”中(公开号CN102914299A)，该光纤陀螺采用铌酸锂调制器(Y波导)对两路光进行调制，同时起到起偏和分光的作用。该中国专利中所使用的Y波导器件是一个十分昂贵的器件，因此如何设计新型的光纤陀螺以简化系统结构，降低制造成本也是目前行业亟待解决的问题之一。

发明内容

本申请提供一种光纤陀螺，以解决现有技术的光纤陀螺结构复杂，误差较大的问题。

为解决上述技术问题，本申请提出一种光纤陀螺，包括宽带光源、探测器、耦合器、相位调制器和单偏振光纤环；所述宽带光源发出的光线进入所述耦合器，由所述耦合器分为第一光束和第二光束，所述第一光束经由所述相位调制器进入所述单偏振光纤环，所述第二光束直接进入所述单偏振光纤环；所述第一光束和所述第二光束在所述单偏振光纤环中分别以顺时针和逆时针传播后输出，所述第一光束进入所述耦合器；所述第二光束经由所述相位调制器后进入所述耦合器；所述第一光束和所述第二光束在所述耦合器中产生干涉信号；由所述耦合器发出的干涉信号进入所述探测器，以确定所述光纤陀螺的旋转状态。

在一个实施例中，所述光纤环由单模单偏振光子晶体光纤绕制而成。

在一个实施例中，所述光纤环内径为15mm-20mm，外径为15mm-35mm。

在一个实施例中，所述宽带光源为超辐射发光二极管光源或放大自发辐射光源。

在一个实施例中，所述耦合器为保偏光纤耦合器。

在一个实施例中，所述相位调制器为压电陶瓷型相位调制器。

在一个实施例中，所述光纤陀螺包括：中框、盖设于所述中框两端的上盖和底盖、以及设置于所述中框内的中盖；电源板和信号处理板，均设置于所述上盖和所述中盖之间，所述电源板靠近所述上盖设置，所述信号处理板靠近所述中盖设置；其中，所述光纤环设置于所述中盖和所述底盖之间，所述探测器、所述耦合器和所述相位调制器均设置于所述电源板或所述信号处理板上，且连接所述电源板和所述信号处理板。