一种具有双干涉仪系统的数字闭环光纤陀螺仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有双干涉仪系统的数字闭环光纤陀螺仪，包括：光源驱动、光源、第三分束器、第一角速度敏感模块、第二角速度敏感模块、光纤环以及逻辑电路。光源发出的光通过分第三束器后，形成两束入射光，分别进入第一角速度敏感模块和第二角速度敏感模块；两个模块利用同一光纤环，使该保偏光纤环中形成两个不同的干涉仪，并分别输出信号；逻辑电路接收信号并进行差分解算，得到干涉仪敏感到的速率信息；本发明实质上是用同一个保偏光纤环，采用偏振分束/合束器控制偏振态，使光纤环中形成偏振态不同的两个干涉仪，两个偏振态分离，从而实现基于光的双偏振的双干涉仪系统，可以显著提高数字闭环光纤陀螺精度和并抑制光源强度噪声。
【专利说明】一种具有双干涉仪系统的数字闭环光纤陀螺仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电【技术领域】，尤其涉及一种具有双干涉仪系统的数字闭环光纤陀螺仪。
【背景技术】
[0002]光纤陀螺是惯性技术与光电子技术、现代制造技术相结合的一种新型固态惯性仪表，是目前唯一能覆盖高、中、低精度的静音陀螺。光纤陀螺是新一代角速率、角位移传感器，用于卫星、飞机、导弹、舰船、车辆、测量勘探、机器人等领域的导航和姿态控制，是继机电陀螺和激光陀螺之后的第三代陀螺。具有结构简单、成本低、启动快(可实现零启动)、可靠性高、抗冲击振动能力强、寿命长等特点。
[0003]经过30余年的发展，目前从发展趋势上看，光纤陀螺(FOG)将取代其他陀螺成为主流。但是，光纤陀螺的主要敏感元件是由光纤绕制的光纤环。由于光纤本身可以敏感多种物理量，造成光纤陀螺的各种非互易误差，因此若想提高光纤陀螺精度，必须对各种干扰加以抑制，而提高光纤陀螺精度的有效手段之一是增加光纤环，而增加光纤环长度同样导致误差的增加。
【发明内容】
[0004]鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种具有双干涉仪系统的数字闭环光纤陀螺仪，用以解决现有光纤陀螺精度不够或者误差比较大的的问题。
[0005]本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明提供了一种具有双干涉仪系统的数字闭环光纤陀螺仪，包括:光产生模块、光处理模块以及差分解算模块，其中，
[0007]光产生模块，包括光源和光源驱动，光源由光源驱动产生的恒流源驱动后发出的光通过分第三束器后，形成两束入射光，分别进入第一角速度敏感模块和第二角速度敏感模块；
[0008]光处理单元，包括:第三分束器、第一角速度敏感单元以及第二角速度敏感单元，其中，第三分束器用于将光源发出的光分成两路入射光分别进入第一角速度敏感单元以及第二角速度敏感单元，第一角速度敏感单元以及第二角速度敏感单元分别通过偏振分束/合束处理使得该光纤环中形成两个不同的偏振态，并通过偏振分束/合束处理使两个偏振态分离并输出电流信号；
[0009]解算单元，用于对上述两个偏振态输出的电流信号进行差分解算，得到最终的结果O
[0010]进一步地，所述第一角度敏感单元包括:第一分束器或环形器、第一集成光学调制器、第一偏振分束/合束器、第一光电探测器、第一前放电路、第一 AD米样电路、第一 DA反馈电路；所述第二角速度敏感单元包括:第二分束器或环形器、第二集成光学调制器、第二偏振分束/合束器、第二光电探测器、第二前放电路、第二 AD采样电路、第二 DA反馈电路；
[0011]两路入射光的一路通过第一分束器后由相位调制器进行调制并分为两束线偏光，其中一束线偏光通过第一偏振分束/合束器的A端后以原有的偏振态进入光纤环，并以顺时针方向传输并敏感速率信息，然后通过第二偏振分束/合束器，在第二偏振分束/合束器的A’端口以原有的偏振态输出，然后携带敏感的速率信息返回第一调制器，而另一束光通过第二偏振分束/合束器的A’端后以原有的偏振态进入光纤环，以逆时针方向传输并敏感速率信息，然后通过第一偏振分束/合束器，在第一偏振分束/合束器的A端口以原有的偏振态输出，然后携带敏感的速率信息返回第一调制器，并由第一调制器补偿敏感到的相位信息，在第一相位调制器处发生干涉，经第一耦合器返回第一光电探测器，第一光电探测器将干涉形成的光强信号转换为电流信号输出，由第一前放调理后，经过第一 AD转化为数字信号输入逻辑电路处理后，由第一 DA反馈第一调制器补偿敏感到的相位信息；
[0012]两路入射光的另一路通过第二分束器后由相位调制器进行调制并分为两束线偏光，其中一束通过第一偏振分束/合束器的B端后原有的偏振态旋转90° ,然后进入光纤环，并以顺时针方向传输并敏感相位信息，然后通过第二偏振分束/合束器，在第二偏振分束/合束器的B’端口，偏振光旋转90°以原有的偏振态输出，然后携带敏感的速率信息返回第二调制器，而另一束光通过第二偏振分束/合束器的B’端后原有的偏振态旋转90°进入光纤环，以逆时针方向传输并敏感速率信息，然后通过第一偏振分束/合束器，在第一偏振分束/合束器的B端口，偏振光旋转90°以原有的偏振态输出，然后携带敏感的速率信息返回第二调制器，在第二相位调制器处发生干涉，经第二耦合器返回第二光电探测器，第二光电探测器将干涉形成的光强信号转换为电流信号输出，由第二前放调理后，经过第二 AD转化为数字信号输入逻辑电路处理后，由第二 DA反馈第二调制器补偿敏感到的相位信息。
[0013]第一加速度敏感单元的输出为:
[0014]
【权利要求】
1.一种具有双干涉仪系统的数字闭环光纤陀螺仪，其特征在于，包括:光产生模块、光处理模块以及差分解算模块，其中， 光产生模块，包括光源和光源驱动，光源由光源驱动产生的恒流源驱动后发出的光通过分第三束器后，形成两束入射光，分别进入第一角速度敏感模块和第二角速度敏感模块； 光处理单元，包括:第三分束器、第一角速度敏感单元以及第二角速度敏感单元，其中，第三分束器用于将光源发出的光分成两路入射光分别进入第一角速度敏感单元以及第二角速度敏感单元，第一角速度敏感单元以及第二角速度敏感单元分别通过偏振分束/合束处理使得该光纤环中形成两个不同的偏振态，并通过偏振分束/合束处理使两个偏振态分离并输出电流信号； 解算单元，用于对上述两个偏振态输出的电流信号进行差分解算，得到最终的结果。
2.根据权利要求1所 述的数字闭环光纤陀螺仪，其特征在于，所述第一角度敏感单元包括:第一分束器或环形器、第一集成光学调制器、第一偏振分束/合束器、第一光电探测器、第一前放电路、第一 AD采样电路、第一 DA反馈电路；所述第二角速度敏感单元包括:第二分束器或环形器、第二集成光学调制器、第二偏振分束/合束器、第二光电探测器、第二前放电路、第二 AD采样电路、第二 DA反馈电路； 两路入射光的一路通过第一分束器后由相位调制器进行调制并分为两束线偏光，其中一束线偏光通过第一偏振分束/合束器的A端后以原有的偏振态进入光纤环，并以顺时针方向传输并敏感速率信息，然后通过第二偏振分束/合束器，在第二偏振分束/合束器的A’端口以原有的偏振态输出，然后携带敏感的速率信息返回第一调制器，而另一束光通过第二偏振分束/合束器的A’端后以原有的偏振态进入光纤环，以逆时针方向传输并敏感速率信息，然后通过第一偏振分束/合束器，在第一偏振分束/合束器的A端口以原有的偏振态输出，然后携带敏感的速率信息返回第一调制器，并由第一调制器补偿敏感到的相位信息，在第一相位调制器处发生干涉，经第一耦合器返回第一光电探测器，第一光电探测器将干涉形成的光强信号转换为电流信号输出，由第一前放调理后，经过第一 AD转化为数字信号输入逻辑电路处理后，由第一 DA反馈第一调制器补偿敏感到的相位信息； 两路入射光的另一路通过第二分束器后由相位调制器进行调制并分为两束线偏光，其中一束通过第一偏振分束/合束器的B端后原有的偏振态旋转90°，然后进入光纤环，并以顺时针方向传输并敏感相位信息，然后通过第二偏振分束/合束器，在第二偏振分束/合束器的B’端口，偏振光旋转90°以原有的偏振态输出，然后携带敏感的速率信息返回第二调制器，而另一束光通过第二偏振分束/合束器的B’端后原有的偏振态旋转90°进入光纤环，以逆时针方向传输并敏感速率信息，然后通过第一偏振分束/合束器，在第一偏振分束/合束器的B端口，偏振光旋转90°以原有的偏振态输出，然后携带敏感的速率信息返回第二调制器，在第二相位调制器处发生干涉，经第二耦合器返回第二光电探测器，第二光电探测器将干涉形成的光强信号转换为电流信号输出，由第二前放调理后，经过第二 AD转化为数字信号输入逻辑电路处理后，由第二 DA反馈第二调制器补偿敏感到的相位信息。
3.根据权利要求1或2所述的数字闭环光纤陀螺仪，其特征在于: 第一加速度敏感单元的输出为:
第二角速度敏感单元的输出为:
其中，Ιο，Ι。’分别为第一角速度敏感单元与第二角速度敏感单元中到达探测器的光强，δ Φπα)，△ φ; (t)分别为第一角速度敏感单元与第二角速度敏感单元中相位调制器的调制相位，03和Φ3’分别为第一角速度敏感单元与第二角速度敏感单元由于敏感速率造成的Sagnac相位差，即敏感角速率，Φ?; Φ；分别为第一角速度敏感单元和第二角速度敏感单元的反馈补偿相移。
4.根据权利要求3所述的数字闭环光纤陀螺仪，其特征在于，所述差分解算单元具体用于进行如下差分解算: 设相位调制器加方波调制，调制深度为±|，则一路的输出为:
通过解调相减，且由于闭环则输出为:
由于闭环后，为小量，因此:
Φ s+ Φ f+ Φ s+ Φ f = 0
则:
Φ? = 另一路输出:
通过解调相减，且由于闭环则输出为: Φ/ = Φ3 令陀螺输出为: φ = φ f- φ f' 因此陀螺输出为:
Φ = -2 Φ so
5.根据权利要求2所述的数字闭环光纤陀螺仪，其特征在于:所述第一调制器和第二调制器是基于集成光学的相位调制器，具有起偏、分束/合束、相位调制的多功能集成光学器件。
6.根据权利要求2所述的数字闭环光纤陀螺仪，其特征在于:所述第一调制器和第二调制器施加的反馈相位补偿为阶梯波反馈补偿，使光纤陀螺仪能够实现闭环检测。
7.根据权利要求2所述的数字闭环光纤陀螺仪，其特征在于，所述第一调制器和第二调制器均采用一个闭环 回路自动实现调制系数的在线补偿。
【文档编号】G01C19/72GK104075704SQ201410300220
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】曹阳, 赵平, 王夏霄 申请人:中航捷锐（北京）光电技术有限公司