[发明专利]一种光纤陀螺的角速度测量方法

说明书

本申请提供一种光纤陀螺的角速度检测方法，包括：产生至少一组检测光，每组所述检测光包括一束在光纤陀螺内顺时针传输的顺时针光和一束在所述光纤陀螺内逆时针传输的逆时针光；采用预定频率的调制信号对各组顺时针光和逆时针光进行相位调制，其中，根据各组顺时针光和逆时针光在光纤陀螺内传输的噪声谱曲线确定预定频率；采集每组顺时针光和逆时针光的的干涉信号，根据干涉信号得到角速度检测结果。本申请将调制信号的频率设置在宽带噪声频段，可以大幅度降低噪底，提高光纤陀螺的短时游走性能。同时，拖尾效应的影响会因为频点的拉开而减少，从而能在很大程度上降低1/f噪声带来的相位误差，提高光纤陀螺的短时游走性能，使超高精度的光纤陀螺指标迈入新的台阶。

技术领域

本申请涉及陀螺仪技术领域，具体涉及一种光纤陀螺的角速度检测方法。

背景技术

光纤陀螺仪是一种测量物体惯性运动角速度的传感器。由于其精度高、性能稳定、可靠性好、抗干扰能力强和寿命长等特点而被广泛应用于导弹、航空、航天、航海等领域。

光学陀螺仪基本工作原理是：在闭合光路中的两束特征相同的光分别沿顺时针(CW)方向和逆时针(CCW)方向传输时，如果该光路存在转动，则两束光会产生与该转动角速度相关的相位差，从而根据这两束光的干涉信号即可得出该闭合光路的转动角速度。上述相位差被称作萨格纳克相移φ_s，其与转动角速度Ω的关系可表示为：式中，λ为光源波长，c表示真空中的光速，L和D表示光纤环的长度和直径。

由于Sagnac相移十分微小，因此实际应用中，人们通常在CW、CCW之间通过相位调制等方法引入一个可控的相位差作为偏置,以提高小信号检测的灵敏度，这时光电探测器探测到的信号为I_D＝I₀[1+cos(φ_s+Δφ(t)]，一种有效的相位偏置方法是通过相位调制器引入一个动态相位调制，使得两束光波之间的附加相位差为Δφ(t)＝φ_CCW(t)-φ_CW(t)＝φ_m0(t)-φ_m0(t-τ)，其中τ为光纤环的渡越时间，τ＝n_effL/C，其中n_eff是光纤的有效折射率。使用正弦波相位调制φ_m0＝φ₀sin(ω_mt)时有

将所检测的信号按频率展开为

其中φ_m可由下式解出，I(4ω_m)/I(2ω_m)＝J₄(φ_m)/J₂(φ_m)，利用一次谐波和二次谐波可以检测到萨格奈克相移为

φ_s＝arctan[I(ω_m)J₂(φ_m)/I(2ω_m)J₁(φ_m)]

最后通过就可以得到旋转角速度。

现有技术中，调制信号频率为光纤环的本征频率，f_m＝1/2τ，其目的在于可以有效消除背向瑞利散射噪声。然而，通过采集两束光的干涉信号做噪声谱分析后，发现噪声谱并不平坦，低频的噪声明显高于高频部分，如图4所示。因此，对于大型光纤环(其长度是30km，本征频率为3.3kHz)而言，其调制频率相较于小型光纤环会低很多，会落入图4所示的1/f噪声较高的低频部分，这将大大影响陀螺的短时游走性能，劣化探测灵敏度，1/f噪声的影响在超大高精度光纤陀螺中不可忽视。

因此，需要提供一种能消除1/f噪声的光纤陀螺的角速度检测方法。

发明内容

本申请的目的是提供一种光纤陀螺的角速度检测方法。