双路谐振式光学陀螺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及高精度的谐振式光学陀螺，具体为双路谐振式光学陀螺，包括第一环形器CIR1、第二耦合器C2、数据采集模块、第三耦合器C3和第二光电探测器PD2，第一环形器CIR1的第三端口通过光纤和第三耦合器C3的第一输入端连接，第二耦合器C2的第二输出端和第三耦合器C3的第二输入端连接，第三耦合器C3的输出端和第二光电探测器的输入端连接，第二光电探测器的输出端和数据采集模块的采集端口连接；本发明根据频差较小、速度相同的两列同向传播的简谐波叠加可形成拍现象的光学合成原理，提供了双路谐振式光学陀螺，该光学陀螺测频差方便、陀螺内包含的光电器件较少，测得的频差精确，不存在检测闭锁阈值区。
【专利说明】双路谐振式光学陀螺
【技术领域】
[0001]本发明涉及高精度的谐振式光学陀螺，具体为双路谐振式光学陀螺。
【背景技术】
[0002]谐振式光学陀螺是继微机电陀螺、激光陀螺、干涉式光纤陀螺之后发展起来的一种小体积、低功耗、高精度和高可靠性的新型角速度传感器。在国家深空探测、武器精确制导、北斗导航等重大计划和工程的带动下，高灵敏度、微小型化、高稳定性、抗高过载等特性成为谐振式光学陀螺的发展趋势，而信号的准确检测是实现这些指标的重中之重。
[0003]谐振式光学陀螺是应用Sagnac效应原理来测量被测载体的旋转角速度，具体为将光学陀螺内部可调谐窄线宽光源(发出光束频率小于IKHz)发出的光束频率通过反馈支路上的反馈控制电路锁定在光纤环形谐振腔的本征透射峰的中心频率上，通过光学陀螺捷联载体转动引起的光电探测幅值变化、并根据此幅值变化进行换算得到光纤环形谐振腔内顺逆两路光束之间的频差，由得到的频差进行转换，从而测得被测运动载体的转动角速度。由于传统的谐振式光学陀螺是通过旋转产生的频差来检测角速度，频差需要由光电探测幅值变化换算得到，而光电探测幅值要通过对光束进行调制和解调得到，因此传统的谐振式光学陀螺内部需要调制器、解调器和一些辅助光电器件，这些器件自身在转动过程中受到振动、白噪声的影响，导致陀螺的检测精度较低，同时这些器件的存在导致陀螺检测存在闭锁阈值区，即陀螺对极慢的或高速的转动信号检测不到，其检测范围受到很大限制。

【发明内容】

[0004]本发明为了解决现有的谐振式光学陀螺的检测精度低和检测范围受限的问题，提供了双路谐振式光学陀螺。
[0005]本发明是采用如下的技术方案实现的:双路谐振式光学陀螺，包括隔离准直芯片可调谐光源FL，隔离准直芯片可调谐光源FL的输出端通过光纤和光学隔离器ISO的输入端连接，光学隔离器ISO的输出端通过光纤和第一稱合器Cl的输入端连接,第一稱合器Cl的第一输出端通过光纤和相位调制器PM的输入端连接，相位调制器PM的输出端通过光纤和第一环形器CIRl的第一端口连接，第一环形器CIRl的第二端口通过光纤和第四耦合器C4的第一端口连接；
第一耦合器Cl的第二输出端通过光纤和第二环形器CIR2的第一端口连接，第二环形器CIR2的第二端口通过光纤和第四耦合器C4的第二端口连接，第四耦合器C4的第三端口和第四端口都通过光纤和光纤环形谐振腔FRR的输入端口连接；
第二环形器CIR2的第三端口通过光纤和第二耦合器C2的输入端连接，第二耦合器C2的第一输出端通过光纤和第一光电探测器F1Dl的输入端连接,第一光电探测器F1Dl的输出端通过光纤和锁相放大器LIA的输入端连接，锁相放大器LIA的输出端通过信号线和反馈控制电路FBC的输入端连接，反馈控制电路FBC的输出端和隔离准直芯片可调谐光源FL的反馈端连接； 还包括数据采集处理模块、第三耦合器C3和第二光电探测器TO2，第一环形器CIRl的第三端口通过光纤和第三稱合器C3的第一输入端连接,第二稱合器C2的第二输出端和第三率禹合器C3的第二输入端连接,第三稱合器C3的输出端和第二光电探测器Η)2的输入端连接，第二光电探测器的输出端和数据采集处理模块的采集端口连接。
[0006]工作时，由隔离准直芯片可调谐光源FL发出的光束经过光学隔离器ISO和第一分束器Cl后，被分成两路功率相等、频差为零的两束光，其中一束光经过相位调制器PM和第一环形器CIRl后，由第四耦合器C4进入光纤环形谐振腔FRR，在光纤环形谐振腔FRR内形成逆时针光束，其中另一束光经过第二环形器CIR2后，由第四耦合器C4进入光纤环形谐振腔FRR，在光纤环形谐振腔FRR内形成顺时针光束，逆时针光束在光纤环形谐振腔FRR内绕行一圈，最后通过第四耦合器C4、第二环形器CIR2和第二耦合器C2进入第一光电探测器ΗΗ，然后经锁相放大器LIA、反馈控制电路FBC进入可调谐光源FL的反馈端，对隔离准直芯片可调谐光源FL进行调频，使隔离准直芯片可调谐光源FL输出的光束频率锁定在光纤环形谐振腔FRR的透射谱峰中心频率处；顺时针光束和逆时针光束在光纤环形谐振腔FRR内绕行一圈后在第三稱合器C3处叠加，叠加后的光束进入第二光电探测器PD2进行光电转换，转换后的电信号存储到数据采集模块；顺时针光束和逆时针光束通过第三耦合器C3叠加后，发生拍现象，形成拍频信号，此拍频信号存储到数据采集处理模块内，由数据采集处理模块测得拍频信号的波长，数据采集处理模块再根据公式A = M = Cli/ ,可以计算两路光束之间的频率差，根据频率差便可得到被测物的旋转
角速度，该光学陀螺内部不需要调制器、解调器和一些辅助器件，在转动过程中不会受到振动、信号白噪声的影响而降低陀螺的检测精度，也不存在检测闭锁阈值区。
[0007]数据采集处理模块内的计算频率差的程序为本领域的技术人员公知的。
[0008]本发明根据频差较小、速度相同的两列同向传播的简谐波叠加可形成拍现象的光学合成原理，提供了简便的双路谐振式光学陀螺，该双路谐振式光学陀螺测频差方便、陀螺内包含的光电器件较少，测得的频差精确，不存在检测闭锁阈值区，解决了现有的谐振式光学陀螺灵敏度不高和检测范围受限的问题。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1为本发明的结构示意图。
[0010]图2为示波器检测到的拍频信号的波形图。
[0011]图3为计算得到的频差示意图。
【具体实施方式】
[0012]双路谐振式光学陀螺，包括隔离准直芯片可调谐光源FL，隔离准直芯片可调谐光源FL的输出端通过光纤和光学隔离器ISO的输入端连接,光学隔离器ISO的输出端通过光纤和第一稱合器Cl的输入端连接,第一稱合器Cl的第一输出端通过光纤和相位调制器PM的输入端连接，相位调制器PM的输出端通过光纤和第一环形器CIRl的第一端口连接，第一环形器CIRl的第二端口通过光纤和第四耦合器C4的第一端口连接；
第一耦合器Cl的第二输出端通过光纤和第二环形器CIR2的第一端口连接，第二环形器CIR2的第二端口通过光纤和第四耦合器C4的第二端口连接，第四耦合器C4的第三端口和第四端口都通过光纤和光纤环形谐振腔FRR的输入端口连接；
第二环形器CIR2的第三端口通过光纤和第二耦合器C2的输入端连接，第二耦合器C2的第一输出端通过光纤和第一光电探测器F1Dl的输入端连接,第一光电探测器PDl的输出端通过光纤和锁相放大器LIA的输入端连接，锁相放大器LIA的输出端通过信号线和反馈控制电路FBC的输入端连接，反馈控制电路FBC的输出端和隔离准直芯片可调谐光源FL的反馈端连接；
还包括数据采集处理模块、第三耦合器C3和第二光电探测器TO2，第一环形器CIRl的第三端口通过光纤和第三稱合器C3的第一输入端连接,第二稱合器C2的第二输出端和第三耦合器C3的第二输入端连接，第三耦合器C3的输出端和第二光电探测器的输入端连接，第二光电探测器的输出端和数据采集处理模块的采集端口连接。
【权利要求】
1.双路谐振式光学陀螺，包括隔离准直芯片可调谐光源FL，隔离准直芯片可调谐光源FL的输出端通过光纤和光学隔离器ISO的输入端连接,光学隔离器ISO的输出端通过光纤和第一稱合器Cl的输入端连接,第一稱合器Cl的第一输出端通过光纤和相位调制器PM的输入端连接，相位调制器PM的输出端通过光纤和第一环形器CIRl的第一端口连接，第一环形器CIRl的第二端口通过光纤和第四耦合器C4的第一端口连接； 第一耦合器Cl的第二输出端通过光纤和第二环形器CIR2的第一端口连接，第二环形器CIR2的第二端口通过光纤和第四耦合器C4的第二端口连接，第四耦合器C4的第三端口和第四端口都通过光纤和光纤环形谐振腔FRR的输入端口连接； 第二环形器CIR2的第三端口通过光纤和第二耦合器C2的输入端连接，第二耦合器C2的第一输出端通过光纤和第一光电探测器F1Dl的输入端连接,第一光电探测器F1Dl的输出端通过光纤和锁相放大器LIA的输入端连接，锁相放大器LIA的输出端通过信号线和反馈控制电路FBC的输入端连接，反馈控制电路FBC的输出端和隔离准直芯片可调谐光源FL的反馈端连接； 其特征在于还包括数据采集处理模块、第三耦合器C3和第二光电探测器TO2，第一环形器CIRl的第三端口通过光纤和第三稱合器C3的第一输入端连接,第二稱合器C2的第二输出端和第三I禹合器C3的第二输入端连接,第三I禹合器C3的输出端和第二光电探测器的输入端连接，第二光电探测器的输出端和数据采集处理模块的采集端口连接。
【文档编号】G01C19/72GK103968821SQ201410210762
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】闫树斌, 安盼龙, 郑永秋, 李小枫, 薛晨阳, 刘耀英, 张成飞 申请人:中北大学