一种提高光纤陀螺标度因数性能的方法、光纤陀螺与流程

本发明涉及光纤陀螺技术领域，具体地，涉及一种提高光纤陀螺标度因数性能的方法、光纤陀螺。

背景技术：

传统的光纤陀螺，其光路由5个器件组成：sld光源、光纤耦合器、集成光学调制器、光纤环和光电探测器；由该光路构成的光纤陀螺，光学器件相对较少，具有生产工艺简单、采购成本低等特点。

但是，由于sld光源的光谱对称性差、谱宽较宽等固有特性，导致采用sld光源方案的光纤陀螺很难实现较高的标度因数性能。

为了提高光纤陀螺的标度因数性能，现有技术中有采用复杂方法来实现，如申请号为2018103017479来实现，所述方法包括以下步骤：“建模计算steinharthart方程系数，并根据steinharthart方程建立闭环光纤陀螺sld热敏电阻管芯温度t和数字化平衡点电压vin对应关系；建模计算sld热敏电阻管芯温度变化量δt与标度因数变化量δk之间的拟合系数；提取温控电桥电路平衡点电压，得到数字化平衡点电压；根据数字化平衡点电压，通过t和vin对应关系得到当前数字化平衡点电压相对应的温度，利用此对应温度和当前标度因数温度场补偿后的标度因数，获取最终的陀螺标度因数。实现了闭环光纤陀螺标度因数的快速稳定。”然而，这种方法操作复杂，不易于工程实现。

业内普遍用光谱对称性好的ase光源替代sld光源；ase光源由泵浦激光器、波分复用器、掺铒光纤、光反射器、光隔离器和光滤波器等6部分组成。

然而，采用ase光源方案的光纤陀螺，光学器件数量是sld光源光纤陀螺的2倍，ase光源的原材料成本是sld光源的3～4倍，且ase光源对生产工艺也提出了很高的要求。

本文中：

光纤陀螺：是基于sagnac效应的全固态陀螺仪，用于检测旋转角速率，是惯性导航系统中的重要部件，广泛应用于航空、航天、航海、陆用战车等武器装备中，以及石油测井、天线定位民用领域。

sld光源：超发射二级管，一种宽谱光源，用于中低精度光纤陀螺。

ase光源：掺铒光纤光源，一种基于自发辐射放大的宽谱光源，用于高精度光纤陀螺.

fbg滤波器：光纤光栅滤波器。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种提高光纤陀螺标度因数性能的方法，该方法成本低，易于工程实现，提高标度因数性能效果显著。

本发明目的通过以下技术方案实现：

提供一种提高光纤陀螺标度因数性能的方法，采用sld光源作为光纤陀螺的输入光源，并对光纤陀螺内的光束进行光谱特征优化，将高斯谱变换成平坦谱。

实际应用中，sld光源的光谱特征为高斯谱，虽然光谱特征性能差，但成本低。光纤陀螺的标度因数与光源波长呈反比例关系，另外，标度因数的性能也受光源光谱性能的影响。本方案中，利用这一原理采用了低成本的sld光源，对其光谱特征进行优化成平坦谱，平坦谱相对于高斯谱具有更好的光谱对称性，光谱反映了光的波长分布情况，光谱对称则说明光的波长以平均波长为中心对称分布。本方案打破了现有技术瓶颈，使得低成本、高标度因数性能成为了现实。

进一步地，所述光束为光纤陀螺的输入光束。

进一步地，所述光束为光纤陀螺内的干涉光束。

进一步地，采用fbg滤波器对光纤陀螺内的光束进行光谱特征优化。fbg滤波器能完全满足光谱特征转换的要求，将高斯谱转换成所需的平坦谱。

本发明的另一目的在于，提供一种应用了上述提高光纤陀螺标度因数性能的方法的光纤陀螺。

作为优选方案之一，光纤陀螺包括光电探测器以及依次连接的光源、光纤耦合器，集成光学调制器、光纤环，所述光电探测器与光纤耦合器连接；所述光源采用sld光源；还包括fbg滤波器，所述fbg滤波器设置在sld光源与光纤耦合器之间。

本方案中，将fbg滤波器设置在sld光源与光纤耦合器之间，用于将sld光源的光谱特征由高斯谱变成平坦谱，通过提高输入光源的光谱对称性实现光纤陀螺的标度因数性能的提高。

作为优选方案之二，所述fbg滤波器设置在光电探测器之前，光电探测器和光纤耦合器之间。本方案中，通过对输入光电探测器前的干涉光进行光谱特性优化。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明巧妙利用了低成本的sld光源，在基于sld光源的光纤陀螺中采用将光谱对称性差的高斯谱变成光谱对称性好的平坦谱的方法，真正意义上实现了低成本、高标度因数性能的效果。并对基于sld光源的光纤陀螺进行光路设计，对实现光谱特征变换的光学器件进行了选型，采用了fbg滤波器，且设计了fbg滤波器的光路中的位置实现不同光束的光谱特征变换，最终达到提高标度因数性能的目的。本发明组成器件少、熔点数量少、故障点少，使得可靠性高、成本低；生产难度小，易于工程实现，具有重要的推广价值。

附图说明

图1为实施例1基于sld光源的高标度因数性能的光纤陀螺原理示意图。

图2为实施例2基于sld光源的高标度因数性能的光纤陀螺原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

本实施例提供一种提高光纤陀螺标度因数性能的方法，通过采用sld光源作为光纤陀螺的输入光源，并对光纤陀螺内的光束进行光谱特征优化，将高斯谱变换成平坦谱来实现。采用fbg滤波器对光纤陀螺内的光束进行光谱特征优化。所述光束为光纤陀螺的输入光束。

作为一个具体的实施方式，本实施例还提供一种采用了上述方法实现的基于sld光源的高标度因数性能的光纤陀螺，包括光电探测器以及依次连接的光源、光纤耦合器，集成光学调制器、光纤环，所述光电探测器与光纤耦合器连接；所述光源采用sld光源；还包括fbg滤波器，所述fbg滤波器设置在sld光源与光纤耦合器之间。

本实施例通过对光纤陀螺的光路部分进行设计以提高光纤陀螺的标度因数性能。可以理解的是，光纤陀螺的电路部分可以为常规设置，无需更改。

工作原理：

sld光源的输出光经过fbg滤波器的光谱特征优化，其光谱特征变为光谱对称性优良的平坦谱，该光束依次进入光纤耦合器、集成光学调制器后，经光纤环的作用形成相向而行的光束，经过集成光学调制器后形成干涉光，在依次经过光纤耦合器、光电探测器进入光纤陀螺的电路部分。

效果测试：

将本实施例的光纤陀螺固定在单轴速率转台上，利用速率转台结合数据采集计算机测定光纤陀螺的标度因数，重复测试多次得到重复性，计算在不同速率下光纤陀螺的标度因数误差得到标度因数线性度，计算在正、反转情况下光纤陀螺的标度因数误差得到标度因数对称性。

经过试验可知，本实施例与采用传统光路方案的两种光纤陀螺相比，本实施例的光纤陀螺的光学器件为sld光源、光纤耦合器、集成光学调制器、光纤环、光电探测器、fbg滤波器，仅比采用ase光源的光纤陀螺多个fbg滤波器，相对采用ase光源的10个光学器件来说，更是组成器件少、熔点数量少、故障点少，使得可靠性高、成本低；且仅需要在常规sld光源的光纤陀螺中增加fbg滤波器，生产难度小。

就标度因数的性能来说，其光谱对称性优良，其标度因数重复性、标度因数对称性、标度因数线性度均＜5ppm，相对常规sld光源的光纤陀螺来说，有了质的飞跃，达到了昂贵的ase光纤陀螺的同等效果。

具体特点见表1。

表1

本实施例设计的光纤陀螺，标度因数性能高，能达到采用ase光源的光纤陀螺的水平，且相对于采用ase光源的光纤陀螺，本实施例的光纤陀螺的成本大大降低，且具有更高的可靠性。

实施例2

本实施例提供光电探测器以及依次连接的光源、光纤耦合器，集成光学调制器、光纤环，所述光电探测器与光纤耦合器连接；所述光源采用sld光源；还包括fbg滤波器，所述fbg滤波器设置在光电探测器之前，光电探测器和光纤耦合器之间。

工作原理：

sld光源的输出光依次经过光纤耦合器、集成光学调制器后，经光纤环的作用形成相向而行的光束，经过集成光学调制器后形成干涉光，进入光纤耦合器后，通过fbg滤波器的作用，变成光谱特性为平坦谱的干涉光，随后经光电探测器进入光纤陀螺的电路部分。

本实施例与实施例1的不同之处在于fbg滤波器的设置位置。通过在光电探测器前加入fbg滤波器,改变光纤陀螺干涉光的光谱特性，从本质上改变了整个光路光传输的结果，提高了基于sld光源的光纤陀螺的标度因数性能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。