光纤陀螺的标度因数在线补偿系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光纤陀螺的标度因数在线补偿系统及方法，所述系统包括补偿单元、探测器A，所述光纤陀螺的光源尾纤上刻写有45

【技术实现步骤摘要】
光纤陀螺的标度因数在线补偿系统及方法


[0001]本专利技术涉及光纤陀螺
，尤其涉及一种光纤陀螺的标度因数在线补偿系统及方法。

技术介绍

[0002]光纤陀螺基于光学Sagnac效应，顺逆输入光纤环的两束光，随着载体的旋转，产生光程差，其光路如图1所示，该光程差正比于载体旋转角速度，如式（1）所示：
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（1）其中K称为陀螺的标度因数，表征光程差与旋转角速度的比例。L为光纤长度，D为光纤环直径，为陀螺的工作中心波长，即光源的中心波长，c为真空中的光速。通过检测干涉光程差，可以实现载体旋转角速度的监测。
[0003]光纤陀螺由于其全固态、高精度、高可靠、低成本、高带宽等特点，已成为运动轨迹推算、载体姿态控制的主流传感器，在机器人、自动驾驶、及多型运动载体的导航、制导与控制等领域有广泛的应用。
[0004]光纤陀螺的应用环境较为复杂，一般要求陀螺能在较宽的温度有稳定的输出。未经修正的光纤陀螺往往表现为在全温下随旋转角速度有较明显的输出差异，如图2。
[0005]由式（1）可知，光纤陀螺的输出与光纤长度、光纤环直径以及工作波长有关，此三个参量随温度的漂移都会导致陀螺标度因数随温度的变化。而光纤长度以及光纤环直径的变化与光纤的热膨胀系数有关，光纤的材料主要为二氧化硅，具有极低的热膨胀系数，大概0.5ppm/℃,而光纤陀螺的工作波长一般为光源的中心波长，该波长随温度变化漂移较大，特别是陀螺中广泛采用的SLD超辐射发光二极管，其中心波长随温度的漂移达到300~400ppm/℃。因此，要使陀螺输出具有较高的温度稳定性，其核心在于对光源中心波长的控制或补偿。
[0006]对波长控制的手段一般为对光源独立温控，但这样加大了产品体积，增加了产品功耗，在很多应用需求中并不适用。特别是针对一下小体积产品，往往希望采用无致冷光源，这就需要对光源的中心波长实时采集，并实时进行标度因数的修正。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种光纤陀螺的标度因数在线补偿系统及方法，以实现光纤陀螺的标度因数的温度补偿。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种光纤陀螺的标度因数在线补偿系统，包括补偿单元、探测器A，所述光纤陀螺的光源尾纤上刻写有45
°
倾斜光栅，所述光栅光谱宽度宽于所述光纤陀螺的光源光谱宽度；探测器A对应放置在倾斜光栅辐射光方向处，所述光纤陀螺的连接光源的耦合器死端处安装有探测器B。探测器A和探测器B具备窄带光学滤波
功能，该功能可以由直接镀制在探测器光学敏感单元前的光窗实现或者单独放置的窄带光学滤波器实现，以探测特定波长的光强；所述补偿单元根据探测器A和探测器B实时探测的光强计算得到光纤陀螺光谱包络的漂移，再对光纤陀螺的标度因数进行修正。
[0009]进一步地，补偿单元采用下式校准标度因数K： ；其中，为陀螺光源在常温下工作或者陀螺工作温度区间内的选取的任意标定工作温度的中心波长，为对应的陀螺的标度因数，为由于工作温度变化后导致的新的中心波长。
[0010]进一步地，补偿单元依照下式对探测器A所探测的光强进行归一化处理，求得归一化的光强，；为全温下探测器A所测得的光强值，为探测器A处的光强初值；以此类推，对探测器B所探测的光强进行归一化处理，求得归一化的光强，，为全温下探测器B所测得的光强值，为探测器B处的光强初值。
[0011]进一步地，对于任意复杂波形，补偿单元采用预标定的方案，建立、与的表格对应关系，再通过查表及线性插值的方法得到波长。
[0012]进一步地，对于高斯型光谱，补偿单元采用下式计算中心波长：；其中，为光谱1/e处的半峰宽，e为自然对数底数，、分别为探测器A、探测器B所探测到的光波长。
[0013]相应地，本专利技术还提供了一种光纤陀螺的标度因数在线补偿方法，包括：步骤1：在光纤陀螺光源尾纤上在线刻写45
°
倾斜光栅，将部分光功率耦合出光纤，在倾斜光栅辐射光方向放置探测器A，探测器A具备窄带光学滤波功能，以探测特定波长的光强；在光纤陀螺的连接光源的耦合器死端处安装另一只探测器B，探测器B具备窄带光学滤波功能，以探测特定波长的光强；步骤2：根据探测器A和探测器B实时探测的光强计算得到光纤陀螺光谱包络的漂移，再对光纤陀螺的标度因数进行修正。
[0014]进一步地，步骤2中，采用下式校准标度因数K： ；
其中，为陀螺光源在常温下工作或者陀螺工作温度区间内的选取的任意标定工作温度的中心波长，为对应的陀螺的标度因数，为由于工作温度变化后导致的新的中心波长。
[0015]进一步地，步骤2中，依照下式对探测器A所探测的光强进行归一化处理，求得归一化的光强，；其中，为全温下探测器A所测得的光强值，为探测器A处的光强初值；以此类推，对探测器B所探测的光强进行归一化处理，求得归一化的光强，，为全温下探测器B所测得的光强值，为探测器B处的光强初值。
[0016]进一步地，步骤2中，对于任意复杂波形，采用预标定的方案，建立、与的表格对应关系，再通过查表及线性插值的方法得到波长。
[0017]进一步地，步骤2中，对于高斯型光谱，采用下式计算中心波长：；其中，为光谱1/e处的半峰宽，e为自然对数底数，、分别为探测器A、探测器B所探测到的光波长。
[0018]本专利技术的有益效果为：1、采用全光纤、高可靠的方案实现光纤陀螺工作波长的在线监测。
[0019]2、使用监测所得的工作波长变化，在线完成标度因数温度稳定性的补偿，使应用非致冷光源的光纤陀螺也具有较高的温度特性，且兼具小体积、低功耗、低成本优点。
[0020]3、所述倾斜光栅型光功率导出器件，具有低插入损耗，宽光谱的特点，并且可通过调整光栅周期，适用于830nm，850nm，1310nm，1550nm多工作波长的陀螺，可适用于单模光纤、保偏光纤多种尾纤，具有应用范围广的特点。
[0021]4、所述方案，结构紧凑，稳定性高，与光源自身光强波动无关，具有较高的监测精度。
附图说明
[0022]图1是光纤陀螺的光路示意图。
[0023]图2是标度因数随温度变化的示意图。
[0024]图3是本专利技术的倾斜光栅光源辐射示意图。
[0025]图4是本专利技术的光源光谱示意图。
[0026]图5是本专利技术的光纤陀螺光路图。
[0027]图6是本专利技术的窄带带通滤波中心波长监测方案示意图。
具体实施方式
[0028]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]本专利技术的光纤陀螺的标度因数在线补偿系统的陀螺光路如图5所示。
[0030]本专利技术的光纤陀螺的标度因数在线补偿系统包括补偿单元、探测器A。光纤陀螺的光源尾纤上刻写有45
°
倾斜光栅，倾斜光栅将部分光功率耦合出光纤，耦合出的光与光纤陀螺主光路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤陀螺的标度因数在线补偿系统，其特征在于，包括补偿单元、探测器A，所述光纤陀螺的光源尾纤上刻写有45
°
倾斜光栅，所述光栅光谱宽度宽于所述光纤陀螺的光源光谱宽度；探测器A对应放置在倾斜光栅辐射光方向处，所述光纤陀螺的连接光源的耦合器死端处安装有探测器B，探测器A和探测器B前有窄带光学滤波器；所述补偿单元根据探测器A和探测器B实时探测的光强计算得到光纤陀螺光谱包络的漂移，再对光纤陀螺的标度因数进行修正。2.如权利要求1所述的光纤陀螺的标度因数在线补偿系统，其特征在于，补偿单元采用下式校准标度因数K： ；其中，为陀螺光源在常温下工作或者陀螺工作温度区间内的选取的任意标定工作温度的中心波长，为对应的陀螺的标度因数，为由于工作温度变化后导致的新的中心波长。3.如权利要求2所述的光纤陀螺的标度因数在线补偿系统，其特征在于，补偿单元依照下式对探测器A所探测的光强进行归一化处理，求得归一化的光强，；其中，为全温下探测器A所测得的光强值，为探测器A处的光强初值；以此类推，对探测器B所探测的光强进行归一化处理，求得归一化的光强，，为全温下探测器B所测得的光强值，为探测器B处光强初值。4.如权利要求3所述的光纤陀螺的标度因数在线补偿系统，其特征在于，对于任意复杂波形，补偿单元采用预标定的方案，建立、与的表格对应关系，再通过查表及线性插值的方法得到波长。5.如权利要求3所述的光纤陀螺的标度因数在线补偿系统，其特征在于，对于高斯型光谱，补偿单元采用下式计算中心波长：；其中，为光谱1/e处的半峰宽，e为自然对数底数，、分别为探测器A、探测器B所探测到的光波长。6.一种光纤陀螺的标度因数在线补...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓平，
申请(专利权)人：深圳奥斯诺导航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：