[发明专利]一种干涉型光纤陀螺仪

说明书

一种干涉型光纤陀螺仪，包括光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤环、相位调制器、光电探测器以及信号处理模块。所述相位调制器由一个铌酸锂双偏振模式条波导放置于一对旋向相反旋转角度为45°法拉第旋光器的中间位置构成，采用z轴切、z轴传光、y轴向加电压的调制方式；在陀螺仪光路中相位调制器放置于光纤环的中间位置，使陀螺环路中沿顺逆时针传输的两束光同时到达相位调制器进行调制。本发明中使用不基于时间延迟的相位调制器，并将调制器放置于光纤环路中间，减小了光路中的背向反射、背向散射及其与主波之间的寄生干涉，能够有效提高系统的测量精度，具有非常理想的技术效果。

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种干涉型光纤陀螺仪。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac干涉仪原理的惯性角速度测量装置，与传统的机械陀螺仪相比，具有全固态结构、寿命长、动态范围大、结构简单、尺寸小、重量轻等优点。光纤陀螺的研究重点在于提出不同的陀螺方案以提高检测灵敏度，并分析光纤陀螺中各种噪声源对陀螺的影响。光纤陀螺不同于传统陀螺存在相对较大的噪声，从敏感输入到信号检测的过程中，产生的噪声包括光信号噪声、形成干涉后的噪声以及信号检测产生的噪声。其中干涉型光纤陀螺中产生干涉噪声的主要原因为：偏振效应、光纤线圈内的背向反射或散射、与光强有关的非线性折射率变化、沿光纤分布的与时间有关的温度、磁场、电子漂移误差等。为了消除背向反射、背向散射等导致的陀螺误差，提高测量精度，目前大多数干涉型光纤陀螺普遍采用宽带光源，利用其弱相干性消除大部分的寄生干涉。

在过去数十年光纤陀螺或转速传感器已取得令人羡慕的成绩，其光纤回路大多采用有源偏置，即压电相位调制器(PZT)或集成光学块调制器(Y波导器件)。这两种相位调制器的原理都是基于光纤环传输方向相反的两束光之间的时间延迟，调制相位的实现会受到光纤环延迟时间的限制。为了实现相位调制的目的，调制器必须在光纤环路的一侧进行调制，这样会引入额外的背向反射、背向散射产生的寄生干涉。对于高精度的陀螺来说，为了进一步减小相位误差，采用在本征频率上进行相位调制来减小背向散射引起的相位误差。在实际应用中，测量本征频率的方法有很多种，但是大都精度较低，不能够满足光纤陀螺的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种通过减小光纤陀螺的背向反射、背向散射及其产生的干涉噪声的方式来提高干涉型光纤陀螺的测量精度并减小其成本的一种干涉型光纤陀螺仪。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种干涉型光纤陀螺仪，包括光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤环、相位调制器、光电探测器以及信号处理模块。所述第一光纤耦合器的一侧通过两根尾纤分别连接光源和光电探测器，所述第一光纤耦合器的另一侧通过一根尾纤与第二光纤耦合器一侧端口对轴连接，且所述第二光纤耦合器另一侧通过两根尾纤与光纤环对轴连接；所述光纤环中引出两根尾纤与所述相位调制器对轴连接；所述信号处理模块连接在光电探测器和相位调制器之间。

进一步的，所述相位调制器包括一对旋光方向相反且旋转角度为45°的法拉第旋光器和设置在一对法拉第旋光器之间的双偏振模式条波导。

进一步的，所述双偏振模式条波导的材质为铌酸锂光波导，并采用z轴切、z轴传光、y轴加调制电压的调制方式。

进一步的，所述相位调制器的入射线偏振光的偏振方向与铌酸锂光波导入射波导面的x轴和y轴的角平分线方向一致。

进一步的，所述相位调制器放置于光纤环的中间位置，使陀螺仪环路中沿顺逆时针传输的两束光同时到达相位调制器进行调制。

进一步的，所述第一光纤耦合器和第二光纤耦合器为2x2或2x1的保偏光纤耦合器，且所述第一光纤耦合器和第二光纤耦合器之间连接有起偏器，用于使光纤环路中传输的光信号为线偏振光。

进一步的，所述光源为窄线宽的线偏振光光源。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：