[发明专利]基于Faraday效应的光纤陀螺频率特性评估方法与装置

摘要

本发明公开了一种基于Faraday效应的光纤陀螺频率特性评估装置，激励电流源包括信号发生器、转换放大电路和电流线圈。敏感光路包括光源、环形器、Y波导相位调制器、偏振分束器、保偏光纤环、λ/4波片、传感光纤、反射镜和探测器；模拟光纤陀螺信号处理检测电路包括前置放大电路、A/D转换电路、数字信号处理单元、第一D/A转换电路、第二D/A转换电路和锁相放大器；本发明应用的Faraday效应是采用正弦电流激励敏感光路产生，其中作为激励信号的正弦信号可以实现高频率输出，解决了光纤陀螺的频率特性测试的激励信号输出频率有限的问题，所以可以实现高带宽的评估。

主权项

1.一种基于Faraday效应的光纤陀螺频率特性评估装置，其特征在于，包括激励电流源、敏感光路和模拟光纤陀螺信号处理检测电路；激励电流源包括信号发生器、转换放大电路和电流线圈；信号发生器生成交变电流信号，交变电流信号输出至转换放大电路，转换放大电路对交变电流信号进行交流放大，然后将交变电流输出至电流线圈，电流线圈缠绕在敏感光路的传感光纤上，电流线圈中通入交变电流，产生的磁场使敏感光路中的传感光纤感应Faraday效应，实现了信号由激励电流源传递到敏感光路中；转换放大电路输出的交变电流经过一个采样电阻后，得到采样电压，将采样电压输出至锁相放大器的参考端口；敏感光路包括光源、环形器、Y波导相位调制器、偏振分束器、保偏光纤环、λ/4波片、传感光纤、反射镜和探测器；光源发出光，光经过环形器后，进入Y波导相位调制器，在Y波导相位调制器处起偏为线偏振光后受到相位调制，调制后的偏振光输出至偏振分束器，偏振光由偏振分束器的两个尾纤耦合后，注入保偏光纤环，偏振光分别沿保偏光纤环的X轴和Y轴传输，进入λ/4波片后，在λ/4波片中，偏振光分别变为左旋和右旋的圆偏振光，并进入传感光纤，两束圆偏振光的相位发生变化，F＝2VNI，其中，F为Faraday效应相位差，V为Verdet常数，N为缠绕导线的匝数，I为电流大小，两束圆偏振光以不同的速度传输，输出至反射镜，在反射镜的镜面处反射后，两束圆偏振光的偏振模式互换，再次穿过传感光纤，使两束圆偏振光产生的相位加倍2F＝4VNI；两束圆偏振光再次通过λ/4波片后，恢复为线偏振光，然后两束线偏振光发生干涉；携带相位信息的光由环形器进入探测器，探测器实现由光信号转换为电压信号输出至前置放大电路；模拟光纤陀螺信号处理检测电路包括前置放大电路、A/D转换电路、数字信号处理单元、第一D/A转换电路、第二D/A转换电路和锁相放大器；前置放大电路对探测器输出的待测电压信号进行放大滤波，然后输出至A/D转换电路，A/D转换电路对模拟的待测电压信号进行离散、量化，转换成数字待测电压信号，输出至数字信号处理单元，数字信号处理单元对两个相邻的延迟时间内的数字信号进行相减进行解调，把解调结果进行累加想成阶梯波，同时，在阶梯波上叠加方波信号，得到叠加信号，将叠加信号输入第一D/A转换电路，第一D/A转换电路将数字的叠加信号转换为模拟的叠加信号，输出至Y波导相位调制器，实现闭环反馈和调制，同时，数字信号处理单元还将解调的结果输出至第二D/A转换电路，第二D/A转换电路将数字解调结果转换为模拟解调结果，输出至锁相放大器的信号通道端口进行测量，锁相放大器测量幅值与相位差大小，实现了频率特性评估。