专利名称：一种基于光隔离器的闭环差分双干涉式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，差分双干涉式光纤陀螺仪采用的是开环方案，存在相应非线性、易受环境影响及动态范围小等问题，严重影响了差分双干渉式光纤陀螺的实用化。
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。—种基于光隔离器的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪，包括光源、第一稱合器、光纤环、第二耦合器、第一隔离器、第二隔离器、波导、第三耦合器、偏振分束器、第一探測器和第ニ探測器；光源与第一I禹合器的A1端ロ以45°熔接于熔点O1,第一f禹合器的C1端ロ与第二耦合器的A2端ロ以0°熔接于熔点O2，第二耦合器的B2端ロ与第一隔离器的一端以0°熔接于熔点O3，第一隔离器的另一端与波导以0°熔接于熔点O5，波导的另一端与第三耦合器的C3端ロ以0°熔接于熔点O7，第二耦合器的C2端ロ与第二隔离器的一端以0°熔接于熔点04，第二隔离器的另一端与第三耦合器的B3端ロ以0°熔接于熔点06，第三耦合器的A3端ロ与光纤环的一端以0°熔接于熔点O8,第一f禹合器的D1端与光纤环另外一端以90°熔接于熔点O9,第一f禹合器的B1端与偏振分束器的输入端以0°熔接于熔点Oltl,偏振分束器的两个输出端分别与第一探測器和第二探測器熔接。由激光光源，保偏耦合器，光隔离器，波导，光纤环，偏振分束器，探测器构成，激光光源输出偏振光波经过45°交叉I禹合产生了两个幅值相等、偏振方向相互垂直的光波输入保偏光纤环，在光纤环的一端米用两个方向相反的光隔离器将光纤环中正向和反向传播的光波分开，通过波导来调制其中 一个传输方向光波的相位，以抵消差分处理后得到的转动信号，即实现闭环反馈控制。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)采用了波长稳定性较好的激光光源，提高了光纤陀螺的标度因数稳定性和环境适应性；(3) SAGNAC相位解算方法简单。
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是激光光源谱宽；图4是波导上施加的调制波形；图5是无转动时差分信号与调制相位关系图；图6是有转动时差分信号与调制相位关系图；图中I-光源2-第一耦合器3-第二耦合器4-第一隔离器 5-波导6-第三耦合器7-第二隔离器 8-光纤环9-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。本发明是一种基于光隔离器的闭环差分双干渉式光纤陀螺仪，如图I所示，包括光源I、第一耦合器2、光纤环8、第二耦合器3、第一隔离器4、第二隔离器7、波导5、第三耦合器6、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f禹合器2的A1端ロ以45°熔接于熔点O1,第一f禹合器2的C1端ロ与第二耦合器3的A2端ロ以0°熔接于熔点O2，第二耦合器3的B2端ロ与第一隔离器4的一端以0°熔接于熔点O3,第一隔离器4的另一端与波导5以0°熔接于熔点O5,波导5的另一端与第三耦合器6的C3端ロ以0°熔接于熔点O7，第二耦合器3的C2端ロ与第二隔离器7的一端以0°熔接于熔点O4，第二隔离器7的另一端与第三耦合器6的B3端ロ以0°熔接于熔点O6,第三I禹合器6的A3端ロ与光纤环8的一端以0°熔接于熔点O8,第一I禹合器2的D1端与光纤环8另外一端以90°熔接于熔点O9,第一f禹合器2的B1端与偏振分束器9的输入端以0°熔接于熔点Oltl，偏振分束器9的两个输出端分别与第一探測器10和第二探测器11熔接。在本发明中，光源I选用激光光源，型号为FRL15DCWA ;第一稱合器2选用保偏稱合器，型号为深圳朗光公司的PMC-X-2 2-1550-50/50-0-4X型保偏耦合器；第二耦合器3和第三耦合器6选用保偏耦合器，型号为深圳朗光公司的PMC-X-I * 2-1550-50/50-0-4Y型保偏耦合器；隔离器(第一隔离器4和第二隔离器7)采用的是TH0RLABS公司的I0K-1550-LMA25-CRED ;波导5选用型号为PMS1522-CX-TL ;光纤环8选用保偏光纤环；偏振分束器9为天津峻烽科技有限公司的PBS-I * 2-1550-S-N型偏振分束器；探測器(第一探测器10和第二探測器11)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，在熔接点O1处由于45°交叉耦合产生了幅值相等、偏振方向相互垂直的两个波列X和Y，如图2所示(其中快轴为保偏光纤的快轴方向，用Y表示，慢轴为保偏光纤的慢轴方向，用X表示)，波列经过第一耦合器2进入光纤环8，由于光纤环8的一端与第一I禹合器2以90°熔接于熔点O9,光纤环8的另一端与第三I禹合器6以0°熔接于熔点O8，这些波列在光纤环8中其所经历的偏振演化和光程不尽相同，如下表所示，其中S表示慢轴,F表示快轴,CW表示顺时针方向传播,CCW表示逆时针传播(例如Xew表示波列X顺时针方向传播)。表I进入光纤环8的光波及其在光纤环8中传播的主轴
权利要求
1.一种基于光隔离器的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪，其特征在于，包括光源、第一率禹合器、光纤环、第二耦合器、第一隔离器、第二隔离器、波导、第三耦合器、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端口以45°熔接于熔点O1,第一稱合器的C1端口与第二 I禹合器的A2端口以0°熔接于熔点O2，第二耦合器的B2端口与第一隔离器的一端以0°熔接于熔点O3，第一隔离器的另一端与波导以0°熔接于熔点O5，波导的另一端与第三耦合器的C3端口以0°熔接于熔点O7，第二耦合器的C2端口与第二隔离器的一端以0°熔接于熔点04，第二隔离器的另一端与第三耦合器的B3端口以0°熔接于熔点06，第三耦合器的A3端口与光纤环的一端以0°熔接于熔点O8,第一f禹合器的D1端与光纤环另外一端以90°熔接于熔点O9,第一稱合器的B1端与偏振分束器的输入端以0°熔接于熔点Oltl,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。
2.根据权利要求I一种基于光隔离器的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪，其特征在于，所述的光源选用激光光源，型号为FRL15DCWA。
3.根据权利要求I一种基于光隔离器的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪，其特征在于，所述的第一耦合器选用保偏耦合器，选用PMC-X-2 2-1550-50/50-0-4X型保偏耦合器。
4.根据权利要求I一种基于光隔离器的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪，其特征在于，所述的第二耦合器和第三耦合器选用保偏耦合器，选用PMC-X-I 2-1550-50/50-0-4Y型保偏耦合器。
5.根据权利要求I一种基于光隔离器的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪，其特征在于，所述的第一隔离器和第二隔离器米用I0K-1550-LMA25-CRED。
6.根据权利要求I一种基于光隔离器的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪，其特征在于，所述的波导选用型号为PMS 1522-CX-TL。
7.根据权利要求I一种基于光隔离器的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪，其特征在于，所述的光纤环选用保偏光纤环；
8.根据权利要求I一种基于光隔离器的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪，其特征在于，所述的偏振分束器选用PBS-I * 2-1550-S-N型偏振分束器。
9.根据权利要求I一种基于光隔离器的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪，其特征在于，所述的第一探测器和第二探测器采用PFTM901-001型光电探测器。
全文摘要
本发明公开了一种基于光隔离器的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪，包括光源、第一耦合器、光纤环、第二耦合器、第一隔离器、第二隔离器、波导、第三耦合器、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，并且采用了波长稳定性较好的激光光源，提高了光纤陀螺的标度因数稳定性和环境适应性，本发明SAGNAC相位解算方法简单。
文档编号G01C19/72GK102650523SQ20121012364
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
发明者张春熹, 张祖琛, 徐宏杰, 徐小斌, 杜士森, 滕飞, 肖智 申请人:北京航空航天大学