[发明专利]基于传感环调谐的微型谐振式光学陀螺信号检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于传感环调谐的微型谐振式光学陀螺信号检测装置及方法。固定激光器输出光通过分束器后分为逆时针和顺时针两路，逆时针一路通过第一相位调制器、第一环形器后经过交叉耦合进入光波导环形谐振腔调制器，顺时针一路通过第二相位调制器、第二环形器后经过交叉耦合进入光波导环形谐振腔调制器；经环形谐振腔调制器后，通过光电探测器、锁相放大器、低通滤波器对顺时针一路信号进行解调输出和对逆时针一路信号进行解调输出。本发明能够避免高性能可调激光器的使用，降低激光器的设计要求，更利于谐振式光学陀螺的一体化集成；同时可以使折射率波动不再成为传感环的噪声。

技术领域

本发明涉及惯性传感领域，具体涉及一种基于传感环调谐的微型谐振式光学陀螺信号检测装置及方法。

背景技术

谐振式光学陀螺是利用光学Sagnac效应(萨格纳克效应)实现对转动检测的一种高精度的惯性传感器件。光学陀螺的核心敏感部件是一个由光波导或光纤组成的无源环形谐振腔，简称谐振腔。当谐振腔绕垂直于所在平面的轴产生转动，则谐振腔内顺时针和逆时针方向传播的光束间将产生正比于旋转角速率的谐振频率差，通过检测该谐振频率差即可获得载体旋转角速率。一般的谐振式光学陀螺信号检测方案中都存在反馈控制回路，通常有单回路和双回路两种形式。单回路指通过反馈控制谐振腔内顺时针或逆时针方向传播光束的频率，使谐振腔内顺时针或逆时针传播的光束处于谐振状态；双回路则指控制谐振腔内顺时针和逆时针方向传播光束的频率，使谐振腔内顺时针或逆时针传播的光束皆处于谐振状态。

传统谐振式光学陀螺信号检测方案一般采用高性能可调激光器对谐振腔内传播光束的频率进行调控。在反馈回路中利用高性能可调激光器进行频率锁定的方法容易实现，尤其是在分立的谐振式光学陀螺和半分立的谐振式光纤陀螺中，但从谐振式光学陀螺的发展角度来看，这样的方法存在以下三个问题：其一，高性能可调激光器价格昂贵，实验成本高；其二，高性能可调激光器结构复杂，加大了谐振式光学陀螺中有源器件和无源器件单片集成的难度，不利于谐振式光学陀螺的小型化发展；其三，在频率锁定过程中要求传感环频率响应具有很好的稳定性，而传感环折射率在温度、应力等诸多因素的影响下势必存在波动，故很容易引入噪声。

随着技术的发展，便携式光学陀螺需求越来越大，如何设计出体积小、重量轻、耐振动、成本低、具备中高精度的微光学陀螺，是本邻域亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明提供了一种基于传感环调谐的微型谐振式光学陀螺信号检测装置及方法，所要解决的技术问题是避免高性能可调激光器的采用，使谐振式光学陀螺更易于集成，同时减少由温度、应力等因素导致的折射率波动带来的噪声。

本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：

一种基于传感环调谐的谐振式光学陀螺信号检测装置包括固定激光源、分束器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一调制信号发生器、第二调制信号发生器、第一环形器、第二环形器、光波导环形谐振腔调制器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一锁相放大器、第二锁相放大器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、具备双路模数/数模转换的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)开发板。固定激光器与分束器一端连接；分束器另一端分为逆时针和顺时针两路：逆时针一路中，第一相位调制器、第一环形器、光波导环形谐振器依次连接，顺时针一路中，第二相位调制器、第二环形器、光波导环形谐振腔调制器依次连接；第一调制信号发生器与第一相位调制器连接，第二调制信号发生器与第二相位调制器连接；光波导环形谐振腔调制器、第一环形器、第一光电探测器、第一锁相放大器、第一低通滤波器、FPGA开发板依次连接，形成反馈回路；第二环形器、第二光电探测器、第二锁相放大器、第二低通滤波器、FPGA开发板、计算机依次连接，形成谐振式光学陀螺信号检测输出电路。