本发明专利技术公开了一种双轴复用光纤陀螺及其信号调制解调方法，在硬件配置上使用两个光纤长度比为１∶３，敏感轴相互垂直的光纤环通过光纤耦合器进行并联复用；在信号调制解调方法上，采用方波调制信号进行调制，方波调制信号的周期等于光在两个光纤环中传播时间的累加值，占空比为５０％，峰峰值不等于整数倍半波电压的电压，均值为零；在一个方波调制信号的周期内，将光纤陀螺的输出信号按时间顺次分为四个等长部分，并对各个部分的信号进行采样，根据这些采样值，按照解调公式进行计算，从而得到对应于两个不同方向角速度信息。该方法能有效降低双轴光纤陀螺的等效成本，具有很强的应用价值和推广价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光纤陀螺及其信号调制解调方法，尤其是涉及。
技术介绍
光纤陀螺是一种新型的角速度测量仪，由于其具有全固态、带宽大及具有多种协议数字输出的优点，被广泛的用于导航和姿态控制系统中。光纤陀螺的工作原理是基于光学赛格奈克效应的光纤干涉仪，即当环形干涉仪旋转时，产生一个正比于旋转角速率的赛格奈克相位差，通过检测该相位差，可推算得到环形干涉仪所在系统的角速率。赛格奈克相移小^和系统角速率Q的关系如下-Sa2=-Q 其中L为光纤陀螺光纤环光纤长度，D为光纤环直径，A光纤陀螺所用光源波长，c为真空中光速。 —个单轴光纤陀螺只能检测一个方向的角速度信号，但在光纤陀螺的大部分应用系统中，需要检测多个方向的角速度信号，从而需要两个或两个以上非简并配置的光纤陀螺，这将使得应用系统随着角速度检测维数的增加而近似的成正比增加，这将提高应用系统的成本，阻碍了光纤陀螺的广泛应用。 可以通过复用的技术的方法减低整系统的成本，典型的复用方法是采用光源复用的配置方法，该方法对于一个多轴陀螺只需要采用1个光源，并增加数个光纤耦合器即可，但该方法也只能降低光源的成本，他依旧需要采用多个不同的调制通道和采样通道，而这两个通道中所采用的相位调制器、光电探测器、数模转换电路和模数转换电路占据了整个光纤陀螺系统的大部分成本，这一部分无法降低；从而光源复用的方案并不能够有效的降低系统的有效成本，需要其他的新的复用技术，以有效的降低其应用成本，促进光纤陀螺的广泛应用。
技术实现思路
鉴于现有光纤陀螺的复用技术并不能有效的降低其等效成本，本专利技术的目的在于提供，只需在现有单轴光纤陀螺的基础上增加两个光纤耦合器和一个垂直配置的光纤环，并通过合理的信号调制解调的方法，以实现同时两个轴向的角速度的检测，并大幅度降低每轴角速度的检测的成本。 本专利技术的专利技术原理是 典型的光纤陀螺的光学系统由光源、光纤耦合器、光电探测器、相位调制器、光纤环构成，其中主要的成本来源于相位调制器、光电探测器和光源，其中又以相位调制器的成本为主要部分，约为整个光学系统的2/3左右，而光纤耦合器及光纤环，特别是采用单模光纤绕制而成的光纤环，其成本仅占光学系统非常小的一部 ，大概在几十分之一的量级。本专利技术的思想就是，通过增加一定数量的低成本器件，通过改进调制解调的方法实现两个方向角速度的检测，也即实现双轴陀螺的复用，这等价于用一个略高于单轴陀螺的成本实现双轴角速度的检测，其等价于降低单一个方向的角速度信号检测的成本，若忽略只占系统成本几十分之一的光纤耦合器和光纤环，单一方向角速度信号的检测成本将降低接近一半。本专利技术所采用的技术方案的步骤如下 —、一种双轴复用光纤陀螺 本专利技术包括光源、光电探测器、第一光纤耦合器、相位调制器以及信号处理模块，光源的尾纤和光电探测器分别接第一光纤耦合器同一侧的光纤，第一光纤耦合器另一侧一根尾纤接相位调制器的入纤，第一光纤耦合器另一侧的另一根处于自由状态。还包含第二光纤耦合器和第三光纤耦合器、第一光纤环和第二光纤环；其中第二光纤耦合器和第三光纤耦合器各自的一个入纤分别接相位调制器的一个出纤，第二光纤耦合器和第三光纤耦合器各自的一个出纤分别和第一光纤环和第二光纤环的两个入纤连接。 所述第一光纤环和第二光纤环的光纤长度比值为i : 3，渡越时间比值为i : 3，第一光纤环和第二光纤环的敏感轴相互垂直；所述第一光纤耦合器、第一光纤环和第二光纤环的分束比大小不影响系统正常工作，在分束比为i : i时光学系统性能最佳。 二、一种双轴复用光纤陀螺的信号调制解调方法 信号处理模块为相位调制器提供相位调制信号，对光电探测器输出的电信号进行采样，并根据采样得到的信号数值，根据解调方法进行解调从而获得两个轴向的角速度信号。 所述相位调制信号为由占空比为50%的零均值方波调制信号时延差分而成，方波调制信号的周期等于第一光纤环和第二光纤环的渡越时间之和，方波调制信号的峰峰值不等于所采用相位调制器半波电压的整数倍。 所述的采样方法如下以方波调制信号为一个周期，并且从高电平开始等分为四个部分，分别为A、 B、 C和D，在每一步的中间进行采样，也即在方波调制信号上升沿开始后的1/8， 3/8， 5/8， 7/8周期处采样，得到四个采样步各自的采样结果分别记为VA、 VB、 VC和VD。 所述解调方法是按照以下两式计算对应于第一光纤环和第二光纤环各自对应的角速度Rx和Ry : Rx = KSFxXasin[(VC-VA)/2IJ Ry = KSFy X as in [ (VD-VB) /212] 式中KSFx和KSFy分别对应于第一光纤环和第二光纤环的标度因数，为赛格奈克相移和角速度之间的比例常数，预先通过转台标定可得，L和12为在第一光纤环和第二光纤环所对应的赛格耐克干涉仪在无转动情况下输出到光电探测器中的信号大小，其数值在光纤陀螺制作过程中得到，或者在光纤陀螺制作完成后预先测量得到，asin表示反正弦函数。 本专利技术具有的有益效果是 本专利技术首次提出，该方法通过对光学系统的合理设计，通过增加两个光纤耦合器和一个光纤环，复用方法不需添加占成本主要部分的相位调制器、光源和光电探测器，从而使得每个轴向的角速度的检测成本下降接 近原来的一半，有效的降低了光纤陀螺的等效成本，扩大了其在低成本系统中的应用，具有 很高的应用价值。附图说明 图1是双轴复用光纤陀螺的硬件配置示意图。 图2是第一光纤环所对应干涉仪的信号调制解调示意图。 图3是第二光纤环所对应干涉仪的信号调制解调示意图。 图4是两个干涉仪的信号的合成及信号调制解调示意图。 图中1.光源，2.光电探测器，4.相位调制器，5.信号处理模块，3.第一光纤耦合 器，6.第二光纤耦合器，7.第三光纤耦合器，8.第一光纤环，9.第二光纤环。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明 如图1所示，本专利技术包括光源1、光电探测器2、第一光纤耦合器3、相位调制器4以 及信号处理模块5，光源1的尾纤和光电探测器2分别接第一光纤耦合器3同一侧的光纤， 第一光纤耦合器3另一侧一根尾纤接相位调制器4的入纤，第一光纤耦合器3另一侧的另 一根处于自由状态。还包含第二光纤耦合器6和第三光纤耦合器7、第一光纤环8和第二 光纤环9 ;其中第二光纤耦合器6和第三光纤耦合器7各自的一个入纤分别接相位调制器 4的一个出纤，第二光纤耦合器6和第三光纤耦合器7各自的一个出纤分别和第一光纤环8 和第二光纤环9的两个入纤连接。 所述第一光纤环8和第二光纤环9的光纤长度比值为1 : 3，渡越时间比值为 1 : 3，第一光纤环8和第二光纤环9的敏感轴相互垂直；所述第一光纤耦合器3、第一光纤 环8和第二光纤环9的分束比大小不影响系统正常工作，在分束比为1 : l时光学系统性 能最佳。 图1是双轴复用光纤陀螺的硬件配置示意图，图中1为光源，可以采用光纤光源或 者普通的超辐射发光二极管；光电探测器2，最常使用的PIN光电二极管；相位调制器4，典 型的如电光相位调制器；信号处理模块5，其负责实现三个主要功能采样光电探测器2的 模拟信号，将其转换为数字信号、按照调制需求输出调制信号给相位调制器4，根据采样得 到的数值，按照复用的调制解调方法进行解调，从而得到两个角速度信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双轴复用光纤陀螺，其特征在于：包括光源（１）、光电探测器（２）、第一光纤耦合器（３）、相位调制器（４）以及信号处理模块（５），光源（１）的尾纤和光电探测器（２）分别接第一光纤耦合器（３）同一侧的光纤，第一光纤耦合器（３）另一侧一根尾纤接相位调制器（４）的入纤，第一光纤耦合器（３）另一侧的另一根处于自由状态；其特征在于：还包含第二光纤耦合器（６）和第三光纤耦合器（７）、第一光纤环（８）和第二光纤环（９）；其中第二光纤耦合器（６）和第三光纤耦合器（７）各自的一个入纤分别接相位调制器（４）的一个出纤，第二光纤耦合器（６）和第三光纤耦合器（７）各自的一个出纤分别和第一光纤环（８）和第二光纤环（９）的两个入纤连接。
【技术特征摘要】
一种双轴复用光纤陀螺，其特征在于包括光源(1)、光电探测器(2)、第一光纤耦合器(3)、相位调制器(4)以及信号处理模块(5)，光源(1)的尾纤和光电探测器(2)分别接第一光纤耦合器(3)同一侧的光纤，第一光纤耦合器(3)另一侧一根尾纤接相位调制器(4)的入纤，第一光纤耦合器(3)另一侧的另一根处于自由状态；其特征在于还包含第二光纤耦合器(6)和第三光纤耦合器(7)、第一光纤环(8)和第二光纤环(9)；其中第二光纤耦合器(6)和第三光纤耦合器(7)各自的一个入纤分别接相位调制器(4)的一个出纤，第二光纤耦合器(6)和第三光纤耦合器(7)各自的一个出纤分别和第一光纤环(8)和第二光纤环(9)的两个入纤连接。2. 根据权利要求1所述的一种双轴复用光纤陀螺及其信号调制解调装置，其特征在于所述第一光纤环(8)和第二光纤环(9)的光纤长度比值为l : 3，渡越时间比值为1 : 3，第一光纤环(8)和第二光纤环(9)的敏感轴相互垂直；所述第一光纤耦合器(3)、第一光纤环(8)和第二光纤环(9)的分束比大小不影响系统正常工作，在分束比为1 : 1时光学系统性能最佳。3. —种双轴复用光纤陀螺的信号调制解调方法，其特征在于信号处理模块为相位调制器提供相位调制信号，对光电探测器输出的电信号进行采样，并根据采样得到的信号数值，根据解调方法进行解调从而获得两个轴向的角速度信号。4. 根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈杏藩，薛宁，王磊，周虎，舒晓武，刘承，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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