[发明专利]四频差动布里渊光纤陀螺

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种光纤中的陀螺装置，具体是涉及基于受激布里渊散射原理和四频差动检测方法的光纤陀螺仪。

(二)背景技术

光纤陀螺发展经历了第一代干涉型光纤陀螺，第二代谐振腔型光纤陀螺和第三代布里渊光纤陀螺。目前，各种精度的干涉型光纤陀螺已经有商品化的产品，谐振腔型光纤陀螺由于技术上存在一些困难因而仍处在研究阶段。新一代布里渊光纤陀螺因其具有的优点已引起人们的广泛关注。布里渊光纤陀螺具有光纤陀螺所共有的一些优点：启动时间短，体积小，重量轻，功耗低，抗电磁干扰，动态范围大，带宽大，结构简单，可靠性高，免维护等。除此之外布里渊光纤陀螺特有的优点是：布里渊光纤陀螺不需要复杂的信号检测和信号处理系统，输出的拍频信号可以直接处理，因此所需光学和电子部件较少；由于布里渊激光具有极窄的线宽，因此理论上具有非常高的精度；所使用的光纤较短，一般为10～20m，可以降低成本、简化系统。因此，布里渊光纤陀螺是光纤陀螺高精度，低成本，小型化的新方向。目前已近公开报道的光纤陀螺的设计方案较多，例如中立申请号为00104219.X，名称为“环形光纤激光陀螺”等，但关于布里渊光纤陀螺的设计方案的报道并不多。

布里渊光纤陀螺是一种主动式激光陀螺，因此它不可避免地要产生频率锁定现象：即在旋转角速度较小时，输出拍频为零。这是由于环形腔中的背向散射导致频率牵引而产生的。并且输出的拍频信号只与旋转速率有关，因此也无法判断旋转方向。斯坦福大学H.J.Shaw领导的研究小组提出使用推拉相位调制来解决频率锁定和判断旋转方向的方法(S.Huang et al.Synthetic heterodyne detection in a fiber-opticring-laser gyro.Opt.Lett.1993，18：81～83)。但是由于在光纤环形腔中引入两个相位调制器，其波动势必会引起输出布里渊光的频率稳定性，从而为系统引入误差，再者，对光纤环形腔进行深度相位调制以及信号处理都比较困难，因此难以达到实用化要求。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决频率锁定和旋转方向的判断等问题，消除偏频不稳定，高精度的四频差动布里渊光纤陀螺。

本发明的目的是这样实现的：包括窄线宽光纤激光器1、第一隔离器2、第一耦合器3、第一泵浦光4、第二泵浦光5、可调光衰减器6、声光移频器7、第二隔离器8、第二耦合器9、第三耦合器10、四频差动探测装置11、光纤环形腔12、第一探测器13和闭环反馈电路14；第一耦合器3、第二耦合器9、第三耦合器10的耦合比为50∶50，窄线宽光纤激光器1输出经第一隔离器2后连接第一耦合器3，第一耦合器3的输出分成两路，即第一泵浦光4和第二泵浦光5，其中第一泵浦光4输入声光移频器7，第二泵浦光5输入可调光衰减器6，出声光移频器7的第一泵浦光4和出可调光衰减器6的第二泵浦光5分别通过第二耦合器9和第三耦合器10连接光纤环形腔12，第一泵浦光4和第二泵浦光5与光纤环形腔12的谐振频率匹配并且功率超过阈值，第二耦合器9和第三耦合器10的两端连接有四频差动探测装置11，四频差动探测系统11分别探测第一泵浦光4和第二泵浦光5产生的拍频以及第一布里渊激光和第二布里渊激光产生的拍频，第一隔离器2后连接有第一探测器13和闭环反馈电路14，闭环反馈电路14连接光纤环形腔12。

本发明还可以包括：

1、所述的光纤环形腔12由第四耦合器12-1、光纤环12-2、第一布里渊激光12-3、第二布里渊激光12-4和相位调制器12-5连接组成，闭环反馈电路14连接光纤环形腔12的相位调制器12-5。

2、所述的四频差动探测装置11由第五耦合器11-1、第六耦合器11-2、第二探测器11-3、第三探测器11-4和差分电路11-5组成，第五耦合器11-1连接第二探测器11-3，第六耦合器11-2连接第三探测器11-4，第二探测器11-3和第三探测器11-4连接差分电路11-5。

3、所述的闭环反馈电路14由前置放大电路14-1、滤波电路14-2、A/D转换器14-3、主控单片机14-4、D/A转换器14-5和相位调制器驱动电路14-6组成，第一探测器13连接前置放大电路14-1，前置放大电路14-1连接滤波电路14-2，滤波电路14-2经A/D转换器14-3连接主控单片机14-4，主控单片机14-4的输出由D/A转换器14-5连接相位调制器驱动电路14-6，相位调制器驱动电路14-6的输出连接光纤环形腔12中的相位调制器12-5。