一种基于偏振模复用的差分光纤陀螺制造技术

本发明专利技术属于光纤陀螺技术领域，具体涉及一种基于偏振模复用的差分光纤陀螺，旨在解决现有光纤陀螺受到温度等环境因素影响而产生性能劣化的问题。本发明专利技术包括：宽谱光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、保偏光纤环、偏振模式复用模块、第一光电探测器、第二光电探测器和数字闭环检测模块；偏振模式复用模块包括3D多功能集成光学调制器、第一偏振分束器、第二偏振分束器；3D多功能集成光学调制器上下表面集成了两个互为镜像的Y波导调制器；数字闭环检测模块，用于接收第一光电探测器和第二光电探测器的探测电信号，并进行检测和处理后输出。本发明专利技术能有效消除由温度、振动和磁等环境因素波动带来的相位误差，同时能提高光纤陀螺敏感系数。敏感系数。敏感系数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振模复用的差分光纤陀螺


[0001]本专利技术属于光纤陀螺
，具体涉及一种基于偏振模复用的差分光纤陀螺。

技术介绍

[0002]光纤陀螺(FOG：Fiber Optic Gyroscope)基于Sagnac效应实现旋转运动传感，由光纤和光波器件组成，无运动部件，重量轻、可靠性高。在国防、航空航天、天体运动观测、无人载体等领域具有广泛应用价值，是目前惯性
的主流陀螺仪表。
[0003]干涉型光纤陀螺仪在零漂和噪声等指标都已达到很高的水平，目前使用高功率宽谱光源可以有效抑制相干后向散射、散粒噪声和热噪声等噪声项，而剩余的光源相对强度噪声(RIN：Relative Intensity Noise)也可采用RIN噪声相消电路或光路、过调制、维纳滤波器等技术降至极低水平。在稳定无干扰的环境中，光纤陀螺零漂可达到小于10
‑5°
/h的水平，标度因数稳定性也能达到1ppm。然而陀螺的性能除了与本身的结构有关之外，与周围环境的关系也十分密切，温度、辐射、磁场等环境因素都会对陀螺性能产生不利影响，最终在检测相位中引入相位误差，导致零偏漂移。
[0004]在一般情况下，光纤陀螺都会面临温度带来的影响，温度会随时间发生变化，由于时变温度影响光纤敏感环，会造成非互易相位误差，传统的抑制方法如对称绕环、隔热结构、模型补偿等会有一定的效果，但残余的温度漂移误差依然是限制光纤陀螺性能的主要因素。在一些如航空航天应用的情况下，光纤陀螺还会面临空间辐射、振动、磁等恶劣环境，光纤敏感环会受到严重影响，陀螺性能也会严重劣化。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有光纤陀螺受到温度等环境因素影响而产生性能劣化的问题，本专利技术提出了一种基于偏振模复用的差分光纤陀螺，所述差分光纤陀螺包括宽谱光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、保偏光纤环；所述差分光纤陀螺还包括：偏振模式复用模块、第一光电探测器、第二光电探测器和数字闭环检测模块；
[0006]所述偏振模式复用模块包括3D多功能集成光学调制器、第一偏振分束器、第二偏振分束器；所述3D多功能集成光学调制器的上下表面分别集成了第一Y波导调制器和第二Y波导调制器；
[0007]所述第一Y波导调制器、第一偏振分束器的快轴、第二偏振分束器的快轴和保偏光纤环的快轴构成第一光纤敏感环路；所述第二Y波导调制器、第一偏振分束器的慢轴、第二偏振分束器的慢轴和保偏光纤环的慢轴构成第二光纤敏感环路；
[0008]宽谱光源经所述第一耦合器分出的第一束光、所述第二耦合器、所述第一光纤敏感环路和所述第一光电探测器构成第一光纤陀螺；宽谱光源经所述第一耦合器分出的第二束光、所述第三耦合器、所述第二光纤敏感环路和所述第二光电探测器构成第二光纤陀螺；所述第一光纤陀螺、所述第二光纤陀螺构成差分光纤陀螺；
[0009]所述数字闭环检测模块，用于接收第一光电探测器和第二光电探测器的探测电信号，对探测电信号进行检测和处理后输出，同时向所述偏振模式复用模块施加两路方波调制信号和反馈阶梯波调制信号。
[0010]在一些优选的实施方式中，所述第一光纤陀螺与所述第二光纤陀螺互为镜像、相互独立、角速度敏感面矢量方向相反；
[0011]所述第一光纤陀螺的角速度敏感环路、与所述第二光纤陀螺的角速度敏感环路对同一输入角速度的输出信号大小相同、符号相反，但由设定环境条件引入的共模位相误差大小和符号不变；所述设定环境条件包括温度。
[0012]在一些优选的实施方式中，所述3D多功能集成光学调制器的上下表面集成的第一Y波导调制器和第二Y波导调制器，为镜像翻转的空间位置关系。
[0013]在一些优选的实施方式中，所述偏振模式复用模块中两个偏振分束器的快轴与3D多功能集成光学调制器的第一Y波导调制器通光轴耦合，两个偏振分束器的慢轴与3D多功能集成光学调制器的第二Y波导调制器通光轴耦合。
[0014]在一些优选的实施方式中，所述数字闭环检测模块由前置开关电路、第一模数转换器、第二模数转换器、数字逻辑电路、第一数模转换器、第二数模转换器构成；
[0015]所述第一光电探测器的探测电信号和所述第二光电探测器的探测电信号经过所述前置开关电路消除尖峰脉冲后分别由所述第一模数转换器和所述第二模数转换器进行同步采集，经由所述数字逻辑电路处理后输出解调结果以及生成两路数字调制信号，两路数字调制信号分别由所述第一数模转换器和所述第二数模转换器转换后输出到3D多功能集成光学调制器的所述第一Y波导调制器和所述第二Y波导调制器。
[0016]一些优选的实施方式中，两路数字调制信号均为方波加反馈阶梯波叠加的调制信号；其中方波调制信号方向相同，反馈阶梯波调制信号方向相反。
[0017]一些优选的实施方式中，所述第一光纤陀螺检测的总位相表示为：
[0018][0019]所述第二光纤陀螺检测的总位相表示为：
[0020][0021]所述差分光纤陀螺的输出为所述第一光纤陀螺和所述第二光纤陀螺输出总位相之差：
[0022][0023]其中，为光纤敏感环路产生的Sagnac相移，为第一光纤敏感环路和第二光纤敏感环路中由温度、振动和磁引起的共模相位误差。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]本专利技术能有效消除由温度、振动和磁等环境因素波动带来的相位误差，同时能提高光纤陀螺敏感系数。
[0026]本专利技术利用偏振模式复用模块，实现了保偏光纤环中两个偏振模式的复用，基于共模抑制的基本原理，构造了共光纤环的、角速度敏感面矢量方向相反的两个独立光纤陀螺，两个光纤陀螺在同一输入角速度下输出信号大小相同、符号相反。由于光纤环路受到的环境因素影响相同，两个光纤陀螺由环境温度等引入的共模位相误差大小和符号不变，将
两个独立光纤陀螺检测位相进行差分运算后将能有效消除由温度、振动和磁等环境因素波动带来的相位误差，同时能提高光纤陀螺敏感系数。
附图说明
[0027]通过阅读参照以下附图所做的对非限制性实施例所做的详细描述，本申请的其他特征、目的和优点将会变得更明显。
[0028]图1是本专利技术一种实施例的基于偏振模复用的差分光纤陀螺的结构示意图；
[0029]图2为本专利技术一种实施例的基于偏振模复用的差分光纤陀螺的偏振模式复用模块的结构示意图；
[0030]图3是本专利技术一种实施例的基于偏振模复用的差分光纤陀螺的光纤敏感环路面矢量示意图；
[0031]图4是本专利技术一种实施例的基于偏振模复用的差分光纤陀螺的数字闭环检测模块的结构示意图；
[0032]图5是本专利技术一种实施例的第一光纤陀螺和第二光纤陀螺输出零偏曲线以及差分光纤陀螺输出零偏曲线的示意图；
[0033]附图标记说明：1为宽谱光源，2为第一耦合器，3为第二耦合器，4为第三耦合器，5为偏振模式复用模块，6为保偏光纤环，7为第一光电探测器，8为第二光电探测器，9为数字闭环检测模块，10为3D多功能集成光学调制器，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振模复用的差分光纤陀螺，所述差分光纤陀螺包括宽谱光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、保偏光纤环；其特征在于，所述差分光纤陀螺还包括：偏振模式复用模块、第一光电探测器、第二光电探测器和数字闭环检测模块；所述偏振模式复用模块包括3D多功能集成光学调制器、第一偏振分束器、第二偏振分束器；所述3D多功能集成光学调制器的上下表面分别集成了第一Y波导调制器和第二Y波导调制器；所述第一Y波导调制器、第一偏振分束器的快轴、第二偏振分束器的快轴和保偏光纤环的快轴构成第一光纤敏感环路；所述第二Y波导调制器、第一偏振分束器的慢轴、第二偏振分束器的慢轴和保偏光纤环的慢轴构成第二光纤敏感环路；宽谱光源经所述第一耦合器分出的第一束光、所述第二耦合器、所述第一光纤敏感环路和所述第一光电探测器构成第一光纤陀螺；宽谱光源经所述第一耦合器分出的第二束光、所述第三耦合器、所述第二光纤敏感环路和所述第二光电探测器构成第二光纤陀螺；所述第一光纤陀螺、所述第二光纤陀螺构成差分光纤陀螺；所述数字闭环检测模块，用于接收第一光电探测器和第二光电探测器的探测电信号，对探测电信号进行检测和处理后输出，同时向所述偏振模式复用模块施加两路方波调制信号和反馈阶梯波调制信号。2.根据权利要求1所述的基于偏振模复用的差分光纤陀螺，其特征在于，所述第一光纤陀螺与所述第二光纤陀螺互为镜像、相互独立、角速度敏感面矢量方向相反；所述第一光纤陀螺的角速度敏感环路、与所述第二光纤陀螺的角速度敏感环路对同一输入角速度的输出信号大小相同、符号相反，但由设定环境条件引入的共模位相误差大小和符号不变；所述设定环境条件包括温度。3.根据权利要求1所述的基于偏振模复用的差分光纤陀...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨远洪，李帅，李良祯，王孺沫，王瑞琴，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：