[发明专利]一种消除死区的1.55μm波长高精度光纤陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺仪，特别是一种采用1.55μm波长的高精度光纤陀螺仪。

背景技术

干涉式光纤陀螺仪是一种全固态的惯性仪表，具有可靠性高、寿命长等优点，高精度光纤陀螺仪(精度优于0.01°/h)通常采用平均波长为1.55μm的掺铒光纤光源。光纤陀螺仪在原理上包括光路和电路两单元，通常光路单元和电路单元装配和封装在同一个结构体内。为了提高性能，研究人员提出了一种光路单元和电路单元隔离的装配形式，对于采用1.55μm波长的高精度光纤陀螺仪，光路单元主要包括掺铒光纤光源、耦合器、Y波导集成光学器件、光纤线圈和探测器，电路单元主要包括探测器掺铒光纤光源的泵浦激光器、模数转换器、数字信号处理电路、数模转换器、放大器。

高精度光纤陀螺仪基于闭环工作，基于数字方波调制的闭环反馈信号通过数模转换器和放大器施加在Y波导集成光学器件上，用于产生反馈相位差，以和输入角速度产生的相位差相抵消。反馈信号来自于探测器信号解调后的两次积分，并与探测器信号的频率相同，均等于光纤线圈本征频率的整数倍(约MHz)，由于反馈信号为基于方波的信号，含有高频分量，所以施加到Y波导集成光学器件上的反馈信号会通过空间耦合到探测器输出信号中，从而使光纤陀螺仪在输入速率很小时输出为零附近的一个固定值，即光纤陀螺仪进入了死区，设计不好的光纤陀螺仪的死区能够达到1°/h以上，严重限制了高精度光纤陀螺仪的精度，会引起较大导航和制导的误差，为此需要消除高精度光纤陀螺仪的死区。

目前，采用随机调制可以通过周期性的正负耦合量抵消来减小光纤陀螺仪的死区，但是不能完全消除光纤陀螺仪的死区，且随机调制时需要将光纤陀螺仪的相位偏置点调节到п/2。为了获得较高的随机游走性能，高精度光纤陀螺仪通常需要进行过调制，即相位偏置点在п/2～п的范围内。因此采用随机调制的方法降低了光纤陀螺仪的随机游走性能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种能够消除高精度光纤陀螺仪死区的高精度光纤陀螺。

本发明的技术解决方案是：一种消除死区的1.55μm波长高精度光纤陀螺仪，包括光路单元和电路单元，其中电路单元包括激光器、激光器驱动电路、探测器、低通滤波器、模数转换器和数字信号处理电路；光路单元包括光谱滤波器、光隔离器、第一波分复用器、掺铒光纤、第二波分复用器、反射镜、耦合器、Y波导集成光学器件和光纤线圈，光谱滤波器输出1.55μm波段的超荧光，所述的光路单元还包括数模转换器和放大器，数模转换器、放大器和Y波导集成光学器件采用金属盒包裹在一起，形成电磁屏蔽。

所述的Y波导集成光学器件的半波电压小于3.5V。

所述的数字信号处理电路和数模转换器之间采用屏蔽电缆连接。

所述的探测器内部带有放大电路。

所述的模数转换器、数字信号处理电路、数模转换器采用电源电压±3.3V的芯片。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的光纤陀螺仪，采用了光电隔离方案，并且将电路中用于驱动Y波导集成光学器件实现闭环反馈的数模转换器和放大器与光路中的Y波导集成光学期间封装在同一个电磁屏蔽的金属盒内，有效防止了驱动Y波导集成光学器件的反馈信号对探测器输出信号的耦合，从根本上消除了死区，结合1.55μm波段的掺铒光纤光源，能够实现光纤陀螺仪的高精度；

(2)本发明的光纤陀螺仪，采用了半波电压小于3.5V的Y波导集成光学器件，可以有效降低Y波导集成光学器件的驱动电压，减小了反馈信号的大小和反馈信号的辐射大小，减小了反馈信号对探测器输出信号的耦合，有利于消除死区，提高光纤陀螺仪精度；

(3)本发明的光纤陀螺仪，采用了屏蔽电缆连接数字信号处理电路和数模转换器，有利于消除数字信号传输中产生的信号发射，有利于消除死区，提高光纤陀螺仪精度；

(4)本发明的光纤陀螺仪，采用了内部带有放大电路的探测器，有利于提高探测器输出信号的强度，减小反馈信号耦合至探测器输出信号所占的信号器强度比例，减小耦合的影响，有利于消除死区，提高光纤陀螺仪精度；

(5)本发明的光纤陀螺仪，其中的数模转换器、模数转换器和数字信号处理电路均采用了电源电压为±3.3V的芯片，减小了数字信号处理电路与数模转换器之间连接电缆的信号辐射，有利于减小死区，提高光纤陀螺仪精度。

附图说明

图1为本发明光纤陀螺仪的组成示意图。

具体实施方式