[发明专利]单光束宽谱光源二次滤波谐振式光纤陀螺及闭环控制方法

权利要求书

1.一种单光束宽谱光源二次滤波谐振式光纤陀螺，其特征在于，包括光路部分和电路部分；

所述光路部分包括宽谱光源(1)、第一光学环形器(2)、第二光学环形器(7)、第一光电探测器(4)、第二光电探测器(9)、移频器(8)、第一耦合器(3)和第二耦合器(6)，第一耦合器(3)和第二耦合器(6)共同组成光纤环形谐振腔(5)；所述宽谱光源(1)依次连接第一光学环形器(2)和第一耦合器(3)，第一光学环形器(2)还连接第二光电探测器(9)，第一耦合器(3)连接第一光电探测器(4)，第二耦合器(6)依次连接第二光学环形器(7)和移频器(8)；其中，第一光电探测器(4)和第二光电探测器(9)分别连接电路部分；

所述电路部分包括宽谱光源供电系统和陀螺信号处理系统(10)，其中陀螺信号处理系统(10)包括：参考信号输入模块(11)、乘法运算模块、低通滤波器LPF(12)、总光功率输入模块(13)、除法运算模块和比例积分微分PID模块(14)；其中，比例积分微分PID模块(14)连接光路部分的宽谱光源(1)和移频器(8)；第二光电探测器(9)的信号和参考信号输入模块(11)的信号经过乘法运算模块输送至低通滤波器LPF(12)进行滤波，滤波后的信号和总光功率输入模块(13)输入的功率经过除法运算模块能得到误差信号，误差信号和第一光电探测器(4)的监测信号对比得到对比处理后的信号；一部分对比处理后的信号反馈移频器(8)可锁定控制第二次进入光纤环形谐振腔(5)滤波前的工作光中心频率，形成闭环控制，同时反馈至宽谱光源(1)；另一部分对比处理后的信号经过比例积分微分PID模块(14)后得到陀螺输出。

2.如权利要求1所述的单光束宽谱光源二次滤波谐振式光纤陀螺，其特征在于，所述宽谱光源(1)连接第一光学环形器(2)的A端，第一光学环形器(2)的B端连接第一耦合器(3)的I端，第一光学环形器(2)的C端连接第二光电探测器(9)，第一耦合器(3)的II端连接第一光电探测器(4)，第一耦合器(3)的IV端连接第二耦合器(6)的I端，第二耦合器(6)的II端连接第二光学环形器(7)的A端，第二光学环形器(7)的B端连接移频器(8)的入射端，移频器(8)的出射端连接第二光学环形器(7)的C端。

3.如权利要求1所述的单光束宽谱光源二次滤波谐振式光纤陀螺，其特征在于，所述宽谱光源(1)选用SLD光源、LED光源或ASE光源；

所述移频器(8)选用声光移频器或相位调制器；

所述光纤环形谐振腔(5)包括单匝或多匝保偏光纤环、第一耦合器(3)、第二耦合器(6)；

所述陀螺信号处理系统(10)中参考信号选用正弦波、三角波或锯齿波。

4.权利要求2所述的单光束宽谱光源二次滤波谐振式光纤陀螺的闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、宽谱光源出射的光经过第一光学环形器后，一部分光经过第一耦合器的II端在第一光电探测器处被探测，转换为电信号后进入陀螺信号处理系统作为监测光功率的信号，另一部分光经过第一耦合器的IV端进入光纤环形谐振腔，形成沿顺时针(CW)方向传输的谐振光，实现宽谱光源的第一次滤波，滤波后从第二耦合器的II端引出，经过第二光学环形器到达移频器；

步骤2、经过移频器调制和移频控制后的谐振光，经过第二光学环形器和第二耦合器，反向进入光纤环形谐振腔，形成沿逆时针(CCW)方向传输的谐振光，实现第二次滤波，谐振光经第一耦合器的I端出射；

步骤3、完成第二次滤波后的谐振光从第一耦合器的I端出射至第一光学环形器的B端，从第一光学环形器的C端出射到达第二光电探测器，在第二光电探测器处得到光功率信号，经过光电转换后进入陀螺信号处理系统；

步骤4、陀螺信号处理系统将第二光电探测器的信号与参考信号进行乘法运算，之后通过低通滤波器LPF与总光功率输入模块输入的功率经过除法运算得到误差信号，误差信号关于f＝0频率点不对称，因此可以区分旋转方向，同时将误差信号与第二光电探测器的监测信号对比得到对比处理后的信号；一部分对比处理后的信号反馈移频器可锁定控制第二次进入谐振环路滤波前的工作光中心频率，形成闭环控制，同时反馈至宽谱光源；另一部分对比处理后的信号经过比例积分微分PID模块后进行系数转换可以作为Sagnac频移和陀螺转速的线性输出指标，即陀螺输出，至此能实现陀螺的转动方向与转速检测。