[发明专利]有效光纤长度N倍增的超大Sagnac干涉型光纤陀螺

说明书

本发明涉及一种有效光纤长度N倍增的超大Sagnac干涉型光纤陀螺，包括Y形分支波导调制器、光纤传感线圈、光纤耦合器、光电检测器、两个光纤分路器、光放大器和光开关，光开关的通断与光放大器的工作状态实现光纤长度N倍增。光开关、光纤耦合器和Y形分支波导调制器依次串联，光电检测器连接光纤耦合器，两个光纤分路器一输入端与Y形分支波导调制器连接，另一输入端与光放大器连接，构成环行回路，两个光纤分路器的一输出端与光纤传感线圈两端连接。与现有技术相比，本发明能使光纤传感线圈的有效长度增加N倍，并且能输出有效光纤长度1～N倍增的Sagnac信号，有利于非互易误差相移抑制。

技术领域

本发明涉及一种干涉型光纤陀螺仪，尤其是涉及一种有效光纤长度N倍增的超大Sagnac干涉型光纤陀螺。

背景技术

干涉型光纤陀螺是以Sagnac光纤传感线圈和集成光学器件为基础的惯性导航器件，用于自主测量载体相对于惯性空间的旋转运动(旋转角速度)，为惯性系统感知载体自身的精确位置和方向等具有关键性作用。光学陀螺是基于Sagnac效应的角速度传感器，Sagnac效应是：在光学环路线圈旋转时，顺时针与逆时针经过同一环路传输的两束光之间产生相位差。干涉型光纤陀螺(IFOG)就是顺时针与逆时针通过光纤传感线圈传输光之间的干涉将相位差信号转换为输出光强度信号，经光电检测器转换为电信号，由陀螺电路处理输出载体的旋转角速度。因此光纤陀螺中没有运动部件，且因为光纤的损耗极低，长度可达到公里级，精度可达到0.001o/h级。而且光纤陀螺具有抗冲击、长寿命、精度高、价格、尺寸、重量方面有明显优点，适合规模化生产的优势，在工业与军事应用中拓展了许多较新的用途，成为目前发展最为迅速的惯性器件之一。

干涉型光纤陀螺的主要技术性能指标有标度因数及其稳定性与对称性，角度随机游走和零偏稳定性。影响标度因数稳定性与对称性的主要原因有光源平均中心波长和传感线圈长度的稳定性，以及Y形分支波导调制器和信号处理电路的线性度。角度随机游走是信噪比相关的参量，是陀螺最小可检测灵敏度的度量，与均衡设计和噪声抑制及滤波技术有关。陀螺的零偏稳定度可以认为是陀螺的可信检测灵敏度，陀螺的零偏误差主要来自保偏光纤传感线圈，包括偏振串扰、法拉第效应、时变环境温度与应力(振动与声波)引起的非互易相移。干涉型光纤陀螺由传感光学表头和调制解调电路两部分组成，传统的传感光学表头又有集成Y形分支波导调制器和光纤传感线圈组成。光纤陀螺的精度主要是由传感光学表头决定的，也是陀螺的主要误差源。

干涉型光纤陀螺的精度主要由灵敏度与零偏误差中的最大值确定的。灵敏度是陀螺系统中的最小可检测信号大小，而最小检测信号是Sagnac信号与零偏误差的和。另一方面，光电检测器的灵敏度对应的最小可检测相位差在微弧度量级，Sagnac相移与传感光纤长度、角速度成正比，所以，增加传感线圈光纤长度是提高干涉型光纤陀螺灵敏度和精度直接有效的方法。但是，传感线圈光纤长度的增加，不仅增加了成本、体积、重量、绕线工艺难度，还会增加偏振串扰、Shuppe效应和震动等非互易误差，这反而会增大干涉型光纤陀螺的零偏稳定性；而且，传感光纤越长，损耗越大，这反而会增大干涉型光纤陀螺的角度随机游走，最终不能达到提高陀螺精度的目的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有效光纤长度N倍增的超大Sagnac干涉仪结构陀螺，用较短的实际光纤传感线圈长度，通过有效光纤长度N倍增产生倍增的萨格奈克相移信号，非互易误差相移可维持在实际光纤线圈大小，解决用超大传感光纤线圈增大Sagnac相移与零偏误差之间的矛盾。研究用光放大器来补偿环行损耗，解决增大Sagnac相移与降低角度随机游走之间的矛盾。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：