[发明专利]一种基于光纤陀螺的教学仪器

说明书

一种基于光纤陀螺的教学仪器，具体涉及教学实验仪器领域，包括光纤陀螺、单轴转台、电气控制盒、信号源、示波器和计算机。光纤陀螺固定在单轴转台的载物台上，电气控制盒分别与光纤陀螺、单轴转台、信号源、示波器和计算机连接。电气控制盒一方面通过单轴转台向光纤陀螺提供电源输入，并将信号源提供的调制信号输出至光纤陀螺；另一方面，将光纤陀螺的开环探测器输出信号输出至示波器显示，同时将光纤陀螺闭环数字输出信号输出至计算机。本发明将光纤陀螺基本光路结构以实物和原理相结合的方式展现给学生，将多种实验功能集成于一体，拓展了实验涉及的知识体系，提高了对实验设备的利用率，更加简单易懂。

技术领域

本发明涉及教学实验仪器领域，具体涉及一种基于光纤陀螺的教学仪器。

背景技术

陀螺是惯性技术的关键器件之一，主要用于角速度的测量。早期的陀螺是机电式的，如挠性陀螺、液浮陀螺或静电陀螺等，但上述陀螺均具有体积大、结构复杂和成本高的缺点。1913年，萨格奈克效应的发现，以及随后激光器、光纤的发明和相关技术的飞速进步，为基于萨格奈克效应的光纤陀螺奠定了理论和技术基础。光纤陀螺与传统的机电式陀螺相比，具有体积小、重量轻、成本低、无运动部件、耐恶劣工作环境和电磁兼容性好等优点。随着光纤陀螺各项关键技术的逐步成熟，光纤陀螺作为一种新型的角速度传感器，已经广泛应用于陆地、航空、航天和航海等领域。

光纤陀螺技术可谓光纤传感领域之集大成者，其内容涉及光源相干性、光的干涉、光的偏振、电光调制和微弱信号检测等技术，属于一种典型的光电混合知识体系。目前，光纤陀螺已经成功应用于高、中、低精度的惯性导航设备中，然而现有的教学仪器不能反映光纤陀螺内部的信号特征，在教学实验中学生只能笼统的观察到光纤陀螺的应用结果，不能直观地观察到光纤陀螺的工作原理。

发明内容

本发明为了演示光纤陀螺的工作原理，了解光纤陀螺各个关键信号的特征，提供一种基于光纤陀螺的教学仪器，适用于光电相关专业的教学实验。

一种基于光纤陀螺的教学仪器，包括：光纤陀螺、单轴转台、电气控制盒、信号源、示波器和计算机。

光纤陀螺固定在单轴转台的载物台上，电气控制盒分别与光纤陀螺和单轴转台相连，同时分别与信号源、示波器和计算机连接。电气控制盒一方面通过单轴转台向光纤陀螺提供电源输入，并将信号源提供的调制信号输出至光纤陀螺；另一方面，将光纤陀螺的开环探测器输出信号输出至示波器显示，同时将光纤陀螺闭环数字输出信号输出至计算机。

光纤陀螺从上到下依次固定有机玻璃罩、顶层陀螺骨架和底层陀螺骨架；

顶层陀螺骨架的表面上按照光学信号传输原理固定安装有光源、耦合器、Y波导相位调制器、光纤环和探测器，Y波导相位调制器采用推挽式结构；

底层陀螺骨架上安装有信号接口电路板、信号处理电路板、光源控制电路板、无线通信电路板、电源接口、无线通信接口、信号接口和光源接口；其中信号接口电路板、信号处理电路板、光源控制电路板和无线通信电路板固定在位于底层陀螺骨架的底面上。

信号接口电路板通过导线分别与信号处理电路板、光源控制电路板、无线通信电路板、电源接口、信号接口和顶层陀螺骨架中的Y波导相位调制器相连；且信号接口电路板将信号接口接收的信号输出至Y波导相位调制器，和将信号处理电路板的输入信号处理后，分别输出至Y波导相位调制器和信号接口。

信号处理电路板分别连接信号接口电路、无线通信电路板和顶层陀螺骨架中的探测器；信号处理电路板通过探测器接收光纤陀螺的输出信号，进行数字信号处理后将闭环数字输出信号输出至无线通信电路板。

光源控制电路板通过导线与顶层陀螺骨架中的光源相连，它主要用于精确控制光源处于恒温和恒流工作状态。

无线通信电路板接收信号处理电路板输出的闭环数字输出信号，转换为无线电磁波后通过无线通信接口发送至电气控制盒。