专利名称：一种基于宽谱光源双折射调制的差分双干涉式闭环光纤陀螺仪的制作方法
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效应倍増和闭环控制的闭环差分双干渉式光纤陀螺仪，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ー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；测量范国大，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渉式，即利用ー套光路(ー个保偏光纤环)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渉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，以现有的技术和エ艺水平，在維持精度的前提下，进ー步减小体积、重量很难实现突破，反之亦然。差分双干渉式光纤陀螺仪是在ー套光路(ー个保偏光纤环)中，利用其快轴和慢轴分别实现ー个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，差分双干渉式光纤陀螺仪采用的是开环方案，每路干涉仪输出的光波之间相位差很大，所以必须利用相干特性很好的激光作为光源以实现这些光波之间的干渉，但这导致了各种杂散波之间的干渉，从而开环差分双干渉式光纤陀螺仪的噪声较大且很难抑制。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出ー种在光纤环面积和光纤长度不变的条件下实现SAGNAC效应倍増和闭环控制的闭环差分双干渉式光纤陀螺仪。ー种基于宽谱光源双折射调制的差分双干涉式闭环光纤陀螺仪，包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第一偏振分束器、第一调制器、第二调制器、第二偏振分束器、光纤环、第三偏振分束器、第一探測器和第二探測器；光源与第一I禹合器的A1端以45°熔接于熔点O1,第一f禹合器的C1端ロ与第二f禹合器的A2端ロ以0°熔接于熔点O2，第二耦合器的C2端ロ与第一偏振分束器以0°熔接于熔点O3，第一偏振分束器的两个输出端分别与第一调制器和第二调制器的一端以0°熔接于熔点04、O5，第一调制器和第二调制器的另一端分别与第二偏振分束器的两个输入端以0°熔接于熔点06、O7,第二偏振分束的输出端与保偏光纤环的一端以0°熔接于熔点O8,第二率禹合器的D2端与光纤环的另外一端以0°熔接于熔点O9,第一f禹合器的B1端与第三偏振分束器的输入端以0°熔接于熔点Oltl，第三偏振分束器的两个输出端分别与第一探測器和第 ニ探测器以0°熔接于点0n、012。
由宽谱光源，保偏耦合器，偏振分束器，调制器，保偏光纤环，探测器构成，宽谱光源输出偏振光经过45°交叉耦合产生了两个幅值相等、偏振方向垂直的光波，分别沿光纤的快、慢轴传播，通过偏振分束器使两路光波分开并在光纤环中相对独立地传播，从而以ー套设备实现两套干涉光路，即两套技术成熟的闭环干渉式光纤陀螺并行运转，通过对两路输出信号进行差分运算最终实现对SAGNAC效应的加倍。本发明的优点(I)实现了差分双干渉式光纤陀螺的闭环控制；(2)采用了相干特性很弱的宽谱光源，避免了激光光源强相干特性导致的各种杂散波干涉而带来的强噪声；(3) SAGNAC 效应加倍；(4)具有成熟的技术基础，能达到较高的精度要求；
图I是闭环差分双干渉式光纤陀螺结构框图；图2是熔点O1处光波示意图；图3是宽谱光源相干函数；图4是调制器上施加的调制波形；图5是第一探測器处干涉光强与调制相位关系(快轴干涉光路)；图6是第二探測器处干涉光强与调制相位关系(慢轴干渉光路)。图中I-光源2-第一耦合器 3-第二耦合器4-第一偏振分束器5-第一调制器 6-第二调制器7-第二偏振分束器8-光纤环9-第三偏振分束器10-第一探測器 11-第二探測器
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进ー步的详细说明。本发明是ー种基于宽谱光源双折射调制的差分双干涉式闭环光纤陀螺仪，如图I所示，包括光源I、第一耦合器2、第二耦合器3、第一偏振分束器4、第一调制器5、第二调制器6、第二偏振分束器7、光纤环8、第三偏振分束器9、第一探測器10和第二探測器11 ；光源I与第一I禹合器2的A1端以45°熔接于熔点O1,第一f禹合器2的C1端ロ与第ニ率禹合器3的A2端ロ以0°熔接于熔点O2,第二f禹合器3的C2端ロ与第一偏振分束器4以0°熔接于熔点03，第一偏振分束器4的两个输出端分别与第一调制器5和第二调制器6的一端以0°熔接于熔点04、O5，第一调制器5和第二调制器6的另一端分别与第二偏振分束器7的两个输入端以0°熔接于熔点06、O7,第二偏振分束7的输出端与保偏光纤环8的一端以0°熔接于熔点O8,第二f禹合器3的D2端与光纤环8的另外一端以0°熔接于熔点O9,第一稱合器2的B1端与第三偏振分束器9的输入端以0°熔接于熔点Oltl,第三偏振分束器9的两个输出端分别与第一探測器10和第二探測器11以0°熔接于点0n、012。在本发明中，光源I选用具有高偏振度的宽谱SLD光源，型号为SLD13;耦合器(第一耦合器2和第二耦合器3)选用保偏耦合器，型号为深圳朗光公司的PMC-X-2女2-1550-50/50-0-4X型保偏稱合器；偏振分束器(第一偏振分束器4、第二偏振分束器7和第三偏振分束器9)选用天津峻烽科技有限公司的PBS-I女2-1550-S-N型偏振分束器；调制器(第一调制器5和第二调制器6)选用直波导调制器，型号为PMS1522-CX-TL ;光纤环8选用保偏光纤环；探測器(第一探測器10和第二探測器11)选用武汉电信器件有限公司的PFTM901-001型光电探测器。光源I输出线偏振光E,在熔点O1处由于45°交叉I禹合产生了幅值相等、偏振方向互相垂直的两个波列X和Y，如图2所示(其中快轴为保偏光纤的快轴方向，用X表示；慢轴为保偏光纤的慢轴方向，用Y表示)；X、Y这两个波列分别沿保偏光纤的快、慢轴传播，依次经过第一耦合器2和第二耦合器3后被第一偏振分束器4分开成两个独立的光路，分别通过第一调制器5和第二调制器6后又经由第二偏振分束器7汇合到同一根保偏光纤中，各 自沿快、慢轴传播进入到光纤环8;基于保偏光纤的特性，两路光波将保持各自的偏振态以不同的速度在光纤中传播，又考虑到宽谱光源I的相干特性(如图3所示，宽谱光源归ー化相干度随光程差的增加而迅速减小，即只有光程差在一定长度内的两束光才会发生干渉，能有效减小背向瑞利散射、偏振交叉耦合和克尔效应等引起的相干误差)和整体结构的光纤长度，两个波列在输出端(第一耦合器2的B1端ロ)不会重合，相互间也不会发生明显的干渉，故可将二者看作两个相互独立的干渉光路，经第三偏振分束器9后分别由第一探测器10和第二探測器11输出信号，即用ー套设备实现两套相对独立的干渉光路，分别对每一光路运用成熟的单干涉式光纤陀螺的闭环调制技术得到相位信息，在第一调制器5和第ニ调制器6上分別加上如图4所示的调制波形，即以周期性的方波分别对两个相互独立的光路进行调制，调制相位为叱=れ。土 /2 ;由此得到的两路干渉波形分别如图5、图6所示，其中图5坐标轴上部表示的是第一路干渉仪干涉光强按余弦规律变化，下部为外加的相位调制波形，第一探測器10的输出波形如右上角所示，陀螺静止时输出是一条直线，陀螺旋转时工作点发生移动，输出变成ー个与方波同频的方波信号；图6坐标轴上部表不的是第二路干涉仪干涉光强按余弦规律变化，下部为外加的相位调制波形，第二探測器11的输出波形如右上角所示，陀螺静止时输出是一条直线，陀螺旋转时工作点发生移动，输出变成一个与方波同频的方波信号，再对两路结果进行差分运算，从而在光纤环面积和光纤长度不变的条件下实现SAGNAC效应的倍増。
权利要求
1.一种基于宽谱光源双折射调制的差分双干涉式闭环光纤陀螺仪，其特征在于，包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第一偏振分束器、第一调制器、第二调制器、第二偏振分束器、光纤环、第三偏振分束器、第一探测器和第二探测器； 光源与第一稱合器的A1端以45°熔接于熔点O1,第一稱合器的C1端口与第二稱合器的八2端口以0°熔接于熔点O2,第二f禹合器的C2端口与第一偏振分束器以0°熔接于熔点O3，第一偏振分束器的两个输出端分别与第一调制器和第二调制器的一端以0°熔接于熔点04、O5，第一调制器和第二调制器的另一端分别与第二偏振分束器的两个输入端以0°熔接于熔点06、O7,第二偏振分束的输出端与保偏光纤环的一端以0°熔接于熔点O8,第二率禹合器的D2端与光纤环的另外一端以0°熔接于熔点O9,第一稱合器的B1端与第三偏振分束器的输入端以0°熔接于熔点Oltl，第三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以0°熔接于点0n、012。
2.根据权利要求I所述的一种基于宽谱光源双折射调制的差分双干涉式闭环光纤陀螺仪，其特征在于，所述的光源选用具有高偏振度的宽谱SLD光源，型号为SLD13。
3.根据权利要求I所述的一种基于宽谱光源双折射调制的差分双干涉式闭环光纤陀螺仪，其特征在于，所述的第一耦合器和第二耦合器选用保偏耦合器，型号为PMC-X-2 *2-1550-50/50-0-4X型保偏耦合器。
4.根据权利要求I所述的一种基于宽谱光源双折射调制的差分双干涉式闭环光纤陀螺仪，其特征在于，所述的第一偏振分束器、第二偏振分束器和第三偏振分束器选用PBS-I* 2-1550-S-N型偏振分束器。
5.根据权利要求I所述的一种基于宽谱光源双折射调制的差分双干涉式闭环光纤陀螺仪，其特征在于，所述的第一调制器和第二调制器选用直波导调制器，型号为PMS1522-CX-TL。
6.根据权利要求I所述的一种基于宽谱光源双折射调制的差分双干涉式闭环光纤陀螺仪，其特征在于，所述的光纤环选用保偏光纤环。
7.根据权利要求I所述的一种基于宽谱光源双折射调制的差分双干涉式闭环光纤陀螺仪，其特征在于，所述的第一探测器和第二探测器选用PFTM901-001型光电探测器。
全文摘要
本发明公开了一种基于宽谱光源双折射调制的差分双干涉式闭环光纤陀螺仪，包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第一偏振分束器、第一调制器、第二调制器、第二偏振分束器、光纤环、第三偏振分束器、第一探测器和第二探测器；本发明实现了差分双干涉式光纤陀螺的闭环控制；采用了相干特性很弱的宽谱光源，避免了激光光源强相干特性导致的各种杂散波干涉而带来的强噪声；使得SAGNAC效应加倍；本发明具有成熟的技术基础，能达到较高的精度要求。
文档编号G01C19/72GK102650524SQ201210123989
公开日2012年8月29日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者宋凝芳, 张祖琛, 李彦, 李志敏, 杜士森, 肖智, 金靖 申请人:北京航空航天大学