[发明专利]一种基于光路差分的差分双干涉式光纤陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种在光纤环面积和光纤长度不变的条件下实现SAGNAC效应倍增和光路差分的差分双干涉式光纤陀螺仪，属于光纤陀螺技术领域。

背景技术

光纤陀螺作为发展极为迅速的一种新型惯性角速度传感器，以其特有的技术和性能优势，如全固态结构、可靠性高、寿命长；启动速度快，响应时间短；测量范围大，动态范围宽；抗冲击、振动，耐化学腐蚀；体积小、重量轻、成本低；适合大批量生产等，已经广泛用于各领域。

国际上通用的光纤陀螺形式为单干涉式，即利用一套光路（一个保偏光纤环）的快轴或者慢轴实现SAGNAC干涉仪，通过分别按照顺时针（CW）、逆时针（CCW）传播的两束主波列之间的干涉来解算载体转动导致的SAGNAC相移。这种干涉仪虽然结构简单，但是随着光纤陀螺应用领域的不断扩展，其体积、重量与精度之间的矛盾日益突出，以现有的技术和工艺水平，在维持精度的前提下，进一步减小体积、重量很难实现突破，反之亦然。

差分双干涉式光纤陀螺仪是在一套光路（一个保偏光纤环）中，利用其快轴和慢轴分别实现一个SAGNAC干涉仪，这两路干涉仪的输出呈现差分形式，经过差分解算以后，SAGNAC效应得到加倍。目前，差分双干涉式光纤陀螺仪采用的是电路差分检测方案，由于差分双干涉式光纤陀螺仪的互易性建立在精确差分的基础上，所以为了保证陀螺的互易性，需要保证两路检测电路的参数一致性，而这在实际中是很难实现的，会使得差分双干涉式陀螺抑制环境扰动的能力下降。同时现行的差分双干涉式光纤陀螺采用的是窄谱光源，光波的相干长度较长，导致背向散射、背向反射和交叉耦合等噪声增加，也对陀螺的精度造成了影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种在光纤环面积和光纤长度不变的条件下实现SAGNAC效应倍增和光路差分检测的差分双干涉式光纤陀螺仪。

一种基于光路差分的差分双干涉式光纤陀螺仪，包括光源、耦合器、双折射调制器、光纤环、偏振分束器、第一探测器和第二探测器；

光源与耦合器的A端以45°熔接于熔点O₁，耦合器的C端与双折射调制器的A端以0°熔接于熔点O₂，双折射调制器的B端和C端分别与光纤环的两端以0°熔接于熔点O₃和熔点O₄，同时光纤环的中点O₅为90°对轴熔接，耦合器的B端与偏振分束器的输入端以0°熔接于熔点O₆，偏振分束器的两个输出端分别与第一探测器和第二探测器熔接。

所述光源为宽谱光源，宽谱光源输出偏振光波经过45°交叉耦合产生了两个幅值相等、偏振方向相互垂直的光波输出。在光纤环输入端放置的双折射调制器同时允许两个偏振方向的光波通过，但是对两个轴的光波具有不同的调制系数。利用双折射式调制器对不同偏振态光波的不同调制，实现其中第一路陀螺的闭环检测，同时将这第一路陀螺的检测结果利用双折射调制器反馈回第二路陀螺，将第一路陀螺的检测结果从第二路陀螺的输出信号中减去，此时第二路陀螺的解算结果即为完成了光路差分后的最终输出。通过光路差分检测，可以消除存在的固有相位差及其环境漂移，同时，通过采用光纤环中点90°对轴熔接，大大减小了非互易相移，从而使得光路中可以使用谱宽较宽的光源，一定程度上降低光路噪声水平。

本发明的优点在于：

（1）实现了差分双干涉式光纤陀螺的光路差分方案，提高了陀螺系统的环境适应性；

（2）通过采用光纤环中点90°熔接，降低光路固有非互易性；

（3）采用宽谱光源，减小由于光源相干长度较长带来的相干噪声；

附图说明

图1是基于光学差分的差分双干涉式光纤陀螺结构框图；

图2是熔点O₁处光波示意图；

图3是光纤对轴熔接示意图；

图4是光纤环中光波传播示意图；

图5是宽谱光源相干函数；

图6是调制器上施加的调制波形；

图7是第一探测器处干涉光强与调制相位关系（负责闭环）；

图8是第二探测器处干涉光强与调制相位关系（负责相位解算）。

图中：

1-光源        2-耦合器      3-双折射调制器

4-光纤环      5-偏振分束器  6-第一探测器

7-第二探测器

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。