[发明专利]一种兼顾大角速率和高精度的光纤陀螺

摘要

本发明公开了一种兼顾大角速率和高精度的光纤陀螺，包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一Y波导、第二Y波导、第一光纤环、第二光纤环、第一探测器、第二探测器以及调制电路，所述光源经第一耦合器后同时与第二耦合器和第三耦合器相连，所述第二耦合器经第一Y波导后与第一光纤环的两端相连，第三耦合器经第二Y波导后与第二光纤环相连，所述第一探测器和第二探测器分别与第二耦合器和第三耦合器相连；所述第一探测器、第二探测器与调制电路相连。本发明能够有效提高光纤陀螺的精度和高动态。

主权项

一种兼顾大角速率和高精度的光纤陀螺，其特征在于：包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一Y波导、第二Y波导、第一光纤环、第二光纤环、第一探测器、第二探测器以及调制电路，其中，所述第一光纤环的光纤长度大于第二光纤环的光纤长度；所述光源经第一耦合器后同时与第二耦合器和第三耦合器相连，所述第二耦合器经第一Y波导后与第一光纤环的两端相连，第三耦合器经第二Y波导后与第二光纤环相连，所述第一探测器和第二探测器分别与第二耦合器和第三耦合器相连；所述调制电路包括第一前置放大电路、第二前置放大电路、第一A/D转换电路、第二A/D转换电路、数字信号处理电路以及第一D/A转换电路和第二D/A转换电路；所述第一探测器经第一前置放大电路和第一A/D转换电路后与数字信号处理电路相连，所述第二探测器经第二前置放大电路和第二A/D转换电路后与数字信号处理电路相连；数字信号处理电路将反馈信号处理后输出光纤环的旋转角速率信号，同时，数字信号处理电路经第一D/A转换电路后与第一Y波导相连，经第二D/A转换电路后与第二Y波导相连；其中，所述数字信号处理电路的补偿过程如下：1)建立本征方波调制下光纤陀螺光功率探测模型：ΔI(ΦS,Φ0)=I0sinΦ0sinΦS=I0sinΦ0sin2πLDλ‾cΩ...(1);]]>式中：ΔI为光强差，I0为干涉幅度的2倍，其可表示为：式中：I1，I2分别为两束光波的光强；Φ0为方波调制幅度，ΦS为萨格奈克相移，其中：ΦS=2πLDλ‾cΩ...(2);]]>式中：L为光纤长度；D为光纤环直径；为光源平均波长；c为真空中的光速；Ω光纤陀螺旋转的角速率；当光纤环旋转角速率超出范围后，光纤环的光功率差为：ΔI=I0sinΦ0sinΦS=I0sinΦ0sin(π2*k+Φ)...(3);]]>式中：k为整数，Φ为ΦS关于的余数，并且Φ∈[‑π/2,+π/2]；其中：Ⅰ)陀螺正转，即ΦS，k，Φ都为正数，对于任意整数k都可以表示为：k＝4*n+m………(4)；式中：n为k关于4的商，m为k关于4的余数，且m＝0,1,2,3；则公式(3)只可能有4个值，具体表示如下：ΔI=I0sinΦ0sin(π2*k+Φ)=I0sinΦ0sin(Φ).........................m=0I0sinΦ0sin(π2-Φ)...................m=1I0sinΦ0sin(-Φ).......................m=2I0sinΦ0sin(Φ-π2)...................m=3...(5);]]>Ⅱ)陀螺反转，即ΦS，k，Φ都为负数，对于任意整数k都可以表示为：k＝4*n+m………(6)；式中：n为k关于4的商，m为k关于4的余数，且m＝0,‑1,‑2,‑3；则公式(3)只可能有4个值，具体表示如下：ΔI=I0sinΦ0sin(π2*k+Φ)=I0sinΦ0sin(Φ).........................m=0I0sinΦ0sin(-π2-Φ)...................m=-1I0sinΦ0sin(-Φ).......................m=-2I0sinΦ0sin(π2+Φ)...................m=-3...(7);]]>2)建立光纤陀螺的输出模型：F＝K*Ω………(8)；式中：F为陀螺输出量；K为陀螺的标度因数；Ω为陀螺的旋转角速率；3)光纤陀螺的实际输出：令第一光纤环为大环、第二光纤环为小环，则有：a、速率没有超过大环最大角速率，直接输出大环的输出量；b、转角速率超过大环最大角速率没有超过小环最大角速率时，建立小环对大环的补偿模型：式中：大环输出量记为F大，小环输出量记为F小，大环最大角速率为F大max，小环最大角速率为F小max，萨格纳克相移为ΦS且有F大max/K大<ΦS<F小max/K小，其中，K大，K小分别为大环和小环对应的标度因数，k为整数且k≠0，Ω为Ω小关于Φ大max的余数，并且Ω∈[‑Ω大max,+Ω大max]，其中，Ω大max＝F大max/K大，Ω小max＝F小max/K小；Ⅰ)陀螺为正转，即k＞0，则k可以表示为：k＝4*n+m………(10)；式中：n为k关于4的商，m为k关于4的余数，且m＝0,1,2,3；补偿后的大环数据为：Ⅱ)陀螺为反转，即k＜0，则k可以表示为：k＝4*n+m………(12)；式中：n为k关于4的商，m为k关于4的余数，且m＝0,‑1,‑2,‑3；补偿后的大环数据为：