[发明专利]一种基于双折射调制的差分双干涉式光纤陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种在光纤环面积和光纤长度不变的条件下实现SAGNAC效应倍增和闭环控制的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪，属于光纤陀螺技术领域。

背景技术

光纤陀螺作为发展极为迅速的一种新型惯性角速度传感器，以其特有的技术和性能优势，如全固态结构、可靠性高、寿命长；启动速度快，响应时间短；测量范围大，动态范围宽；抗冲击、振动，耐化学腐蚀；体积小、重量轻、成本低；适合大批量生产等，已经广泛用于各领域。

国际上通用的光纤陀螺形式为单干涉式，即利用一套光路(一个保偏光纤环)的快轴或者慢轴实现SAGNAC干涉仪，通过分别按照顺时针(CW)、逆时针(CCW)传播的两束主波列之间的干涉来解算载体转动导致的SAGNAC相移。这种干涉仪虽然结构简单，但是随着光纤陀螺应用领域的不断扩展，其体积、重量与精度之间的矛盾日益突出，以现有的技术和工艺水平，在维持精度的前提下，进一步减小体积、重量很难实现突破，反之亦然。

差分双干涉式光纤陀螺仪是在一套光路(一个保偏光纤环)中，利用其快轴和慢轴分别实现一个SAGNAC干涉仪，这两路干涉仪的输出呈现差分形式，经过差分解算以后，SAGNAC效应得到加倍。目前，差分双干涉式光纤陀螺仪采用的是开环方案，每路干涉仪输出的光波之间相位差很大，所以必须利用相干特性很好的激光作为光源以实现这些光波之间的干涉，但这导致了各种杂散波之间的干涉，从而开环差分双干涉式光纤陀螺仪的噪声较大且很难抑制。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种在光纤环面积和光纤长度不变的条件下实现SAGNAC效应倍增和闭环控制的闭环差分双干涉式光纤陀螺仪。

一种基于双折射调制的差分双干涉式光纤陀螺仪，包括光源、调制器、耦合器、光纤环、偏振分束器、第一探测器和第二探测器；

光源与调制器以45°熔接于熔点O₁，调制器与耦合器的A端口以45°熔接于熔点O₂，耦合器的C端与保偏光纤环一端以0°熔接于熔点O₃，耦合器的D端与光纤环另外一端以90°熔接于熔点O₄，耦合器的B端与偏振分束器的输入端以0°熔接于熔点O₅，偏振分束器的两个输出端分别与第一探测器和第二探测器熔接。

由宽谱光源，双折射调制器，保偏耦合器，光纤环，偏振分束器，探测器构成，宽谱光源输出偏振光波经过45°交叉耦合产生了两个幅值相等、偏振方向相互垂直的光波输入保偏光纤环，通过双折射调制器来改变这两个光波之间延时，以抵消保偏光纤环中传输时快、慢轴给它们带来的固有双折射延时以及载体转动带来的SAGNAC延时，从而在输出时能够发生干涉，即实现闭环反馈控制。在输出的两路干涉信号中，其中一路用于实现闭环控制，另外一路通过相干检测的方法实现SAGNAC相位的解算。

本发明的优点：

(1)实现了差分双干涉式光纤陀螺的闭环控制；

(2)采用了相干特性很弱的宽谱光源，避免了激光光源强相干特性导致的各种杂散波干涉而带来的强噪声；

(3)SAGNAC相位解算方法简单。

附图说明

图1是闭环差分双干涉式光纤陀螺结构框图；

图2是熔点O₁处光波示意图；

图3是熔点O₂处光波示意图；

图4是宽谱光源相干函数；

图5是调制器上施加的调制波形；

图6是探测器处干涉光强与调制相位关系(负责闭环)；

图7是探测器处干涉光强与调制相位关系(负责相位解算)。

图中：