[发明专利]高灵敏度的光纤陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及陀螺仪，尤其涉及一种高灵敏度的光纤陀螺仪。

背景技术

光纤陀螺仪是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的惯性传感器件。它是一种非常重要的传感器，不仅在飞机导航，而且在航天器制导，卫星定位，汽车定向，智能机器人，天文望远镜等诸多方面起着极为关键的作用。我国现阶段主要致力于陀螺的工程化，实用化研究。为了使陀螺达到实用化的要求，提高光纤陀螺仪的灵敏度要求就显得非常的重要。

对于传统的干涉式光纤陀螺系统而言，如图2所示，由光源1发出的光经分束器2一分为二，其中一束进入多功能集成光学芯片3的输入端，芯片3中的分束器将光束一分为二后输出，其中上光束按顺时针方向经过光纤传感环5后返回芯片3；下光束按反时针方向经过光纤传感环5后返回芯片3；这二束顺时针光和反时针光由芯片3中的分束器合成形成干涉，经芯片3输入端至分束器2一分为二，其中一束由光电探测器7变为电信号，经过信号处理单元8，生产反馈加到芯片3中相位调制器上，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。这种陀螺的缺点是如果要增加灵敏度，必须增加光纤传感环5的光纤长度，而当光纤传感环的空间温度场随时间的变化，会引进测量相位误差(Shupe效应)，传感环光纤长度越长，Shupe效应的相位误差越难以克服。本发明就是针对提高光纤陀螺仪灵敏度的一种非常有效的方案。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高灵敏度的光纤陀螺仪。

高灵敏度的光纤陀螺仪是由光源发出的光经分束器一分为二，其中一束光进入多功能集成光学芯片输入端，多功能集成光学芯片中的分束器将光束分为上下二光束后输出，其中上光束进入第一光纤2×2声光开关，当第一光纤2×2声光开关开启时，上光束输出后进入光纤传感环，再进入第二光纤2×2声光开关，此时第二光纤2×2声光开关和第一光纤2×2声光开关同时关闭，上光束经过第二光纤2×2声光开关进入第一光纤2×2声光开关，然后再次进入光纤传感环，并且在光纤传感环、第二光纤2×2声光开关、第一光纤2×2声光开关组成的环路中按顺时针方向循环多次；下光束进入第二光纤2×2声光开关，当第二光纤2×2声光开关与第一光纤2×2声光开关同时开启时，下光束输出后进入光纤传感环和第一光纤2×2声光开关，此时第一光纤2×2声光开关和第二光纤2×2声光开关同时关闭，下光束经过第一光纤2×2声光开关进入第二光纤2×2声光开关，然后再次进入光纤传感环，并且在光纤传感环、第一光纤2×2声光开关、第二光纤2×2声光开关组成的环路中按反时针方向循环多次；这二束顺时针光和反时针光经过多次循环后，第二光纤2×2声光开关和第一光纤2×2声光开关同时开启，顺时针光和反时针光分别经过第二光纤2×2声光开关和第一光纤2×2声光开关进入多功能集成光学芯片中，由多功能集成光学芯片中的分束器合成形成干涉，经多功能集成光学芯片输入端至分束器一分为二，其中一束由光电探测器变为电信号，经过信号处理单元，生产反馈加到多功能集成光学芯片中相位调制器上，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。

本发明采用两个低损耗声光开关，分别插入到集成光学芯片二个输出端口和光纤传感环二个端口之间，使得顺时针光和反时针光能够在传感环内多次循环，从而增加了传感灵敏度。由于光纤2×2声光开关具有0.1dB量级的低损耗，如果循环次数为10次，与具有相同光纤传感环的传统光纤陀螺相比，灵敏度增加了10倍，而光能损耗仅增加2.2dB。本发明避免了采用增加传感环长度方法来增加灵敏度所带来的大的Shupe效应误差，节省了成本。

附图说明

图1是高灵敏度的光纤陀螺仪结构示意图；

图2是传统的闭环光纤陀螺结构示意图。

具体实施方式