[发明专利]一种基于低相干光源的陀螺及其角速度测量方法

说明书

本发明提供一种基于低相干光源的陀螺及其角速度测量方法，属于陀螺仪技术领域，包括低相干光源，低相干光源形成两条光路，第一光路和第二光路交替运行，第一光路的输出端设置有第一信号转换通道；第二光路的输出端设置有第二信号转换通道，第一信号转换通道和第二信号转换通道的输出端均与数据采集模块相连，第一光路和第二光路均包括依次连接的光路环形器、光开关Ⅰ、光纤环形谐振腔、光开关Ⅱ、相位调制器和反射镜，本发明显著降低了噪声，有利于提高测量精度；采用闭环检测方案，提高角速度测量的线性度；采用的基于光开关的双光路测量方式，大大降低了非互易光路引起的陀螺偏置误差。

技术领域

本发明属于陀螺仪技术领域，尤其是涉及一种基于低相干光源的陀螺及其角速度测量方法。

背景技术

光学陀螺仪是一种利用光学Sagnac效应来实现角速度测量的传感器，在惯性系统中应用广泛。光学陀螺仪主要包括干涉型光学陀螺仪和谐振型光学陀螺仪。干涉型光学陀螺仪以光纤或波导环圈作为其敏感元件，通过检测顺、逆时针光束的相位差测量角速度，对于一个给定直径的光纤环，其理论灵敏度与环圈的长度成正相关。谐振型光学陀螺仪则是以光纤或波导环形谐振腔作为其敏感元件，通过检测顺、逆时针光束的谐振频率差检测角速度。当传感元件所围绕等效面积相同时，与干涉型光学陀螺仪相比，谐振型光学陀螺仪具有更高的检测灵敏度。

在传统谐振型光学陀螺仪中，通常使用高相干性的激光作为光源，用以实现对谐振频率差的高精度检测，高相干光源同时带来了诸多光学寄生效应，如散射效应、反射效应、非线性克尔效应、偏振耦合效应、激光器频率噪声等，这些光学寄生效应对陀螺的精度产生不利的影响，增加了信号处理系统的难度和复杂性，不利于谐振型光学陀螺仪的小型化和轻量化实现。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种基于低相干光源的陀螺及其角速度测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于低相干光源的陀螺，包括低相干光源，所述低相干光源通过第一耦合器形成两条光路，第一光路和第二光路，所述第一光路和第二光路通过光开关实现交替运行，所述第一光路的输出端设置有第一信号转换通道；所述第二光路的输出端设置有第二信号转换通道，所述第一信号转换通道和第二信号转换通道的输出端均与数据采集模块相连，所述第一光路和第二光路均包括依次连接的光路环形器、光开关Ⅰ、光纤环形谐振腔、光开关Ⅱ、相位调制器和反射镜，所述第一光路包括第一光路环形器、第一光路光开关Ⅰ、光纤环形谐振腔、第一光路光开关Ⅱ、第一光路相位调制器和第一光路反射镜，所述第一光路的低相干光经过第一光路环形器和第一光路光开关Ⅰ顺时针进入光纤环形谐振腔内，从光纤环形谐振腔出射的低相干光经第一光路光开关Ⅱ进入第一光路相位调制器，并由第一光路反射镜反射，反射光重新进入光纤环形谐振腔并在腔内沿逆时针方向干涉输出，经第一光路环形器进入第一信号转换通道；所述第二光路包括第二光路环形器、第二光路光开关Ⅰ、光纤环形谐振腔、第二光路光开关Ⅱ、第二光路相位调制器和第二光路反射镜，所述第二光路的低相干光经过第二光路环形器和第二光路光开关Ⅰ逆时针进入光纤环形谐振腔内，从光纤环形谐振腔出射的低相干光经第二光路光开关Ⅱ进入第二光路相位调制器，并由第二光路反射镜反射，反射光重新进入光纤环形谐振腔并在腔内沿顺时针方向干涉输出，经第二光路环形器进入第二信号转换通道。

进一步地，所述第一光路的低相干光顺时针进入光纤环形谐振腔内，经反射镜反射后重新进入光纤环形谐振腔并在腔内沿逆时针方向干涉输出；所述第二光路的低相干光逆时针进入光纤环形谐振腔内，经反射镜反射后重新进入光纤环形谐振腔并在腔内沿顺时针方向干涉输出。

进一步地，所述第一信号转换通道和第二信号转换通道均包括光电探测器，所述光电探测器与锁相放大器相连，所述锁相放大器分别与相位调制器和伺服控制模块相连，所述伺服控制模块分别与信号发生器和数据采集模块相连。

进一步地，所述光纤环形谐振腔由第二耦合器和第三耦合器组成。

本发明还提供了一种基于低相干光源的陀螺的角速度测量方法，包括以下步骤：