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雙路諧振式光學陀螺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高精度的諧振式光學陀螺，具體為雙路諧振式光學陀螺，包括第一環(huán)形器CIR1、第二耦合器C2、數(shù)據(jù)采集模塊、第三耦合器C3和第二光電探測器PD2，第一環(huán)形器CIR1的第三端口通過光纖和第三耦合器C3的第一輸入端連接，第二耦合器C2的第二輸出端和第三耦合器C3的第二輸入端連接，第三耦合器C3的輸出端和第二光電探測器的輸入端連接，第二光電探測器的輸出端和數(shù)據(jù)采集模塊的采集端口連接；本發(fā)明根據(jù)頻差較小、速度相同的兩列同向傳播的簡諧波疊加可形成拍現(xiàn)象的光學合成原理，提供了雙路諧振式光學陀螺，該光學陀螺測頻差方便、陀螺內(nèi)包含的光電器件較少，測得的頻差精確，不存在檢測閉鎖閾值區(qū)。
【專利說明】雙路諧振式光學陀螺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高精度的諧振式光學陀螺，具體為雙路諧振式光學陀螺。
【背景技術(shù)】
[0002]諧振式光學陀螺是繼微機電陀螺、激光陀螺、干涉式光纖陀螺之后發(fā)展起來的一種小體積、低功耗、高精度和高可靠性的新型角速度傳感器。在國家深空探測、武器精確制導、北斗導航等重大計劃和工程的帶動下，高靈敏度、微小型化、高穩(wěn)定性、抗高過載等特性成為諧振式光學陀螺的發(fā)展趨勢，而信號的準確檢測是實現(xiàn)這些指標的重中之重。
[0003]諧振式光學陀螺是應(yīng)用Sagnac效應(yīng)原理來測量被測載體的旋轉(zhuǎn)角速度，具體為將光學陀螺內(nèi)部可調(diào)諧窄線寬光源(發(fā)出光束頻率小于IKHz)發(fā)出的光束頻率通過反饋支路上的反饋控制電路鎖定在光纖環(huán)形諧振腔的本征透射峰的中心頻率上，通過光學陀螺捷聯(lián)載體轉(zhuǎn)動引起的光電探測幅值變化、并根據(jù)此幅值變化進行換算得到光纖環(huán)形諧振腔內(nèi)順逆兩路光束之間的頻差，由得到的頻差進行轉(zhuǎn)換，從而測得被測運動載體的轉(zhuǎn)動角速度。由于傳統(tǒng)的諧振式光學陀螺是通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的頻差來檢測角速度，頻差需要由光電探測幅值變化換算得到，而光電探測幅值要通過對光束進行調(diào)制和解調(diào)得到，因此傳統(tǒng)的諧振式光學陀螺內(nèi)部需要調(diào)制器、解調(diào)器和一些輔助光電器件，這些器件自身在轉(zhuǎn)動過程中受到振動、白噪聲的影響，導致陀螺的檢測精度較低，同時這些器件的存在導致陀螺檢測存在閉鎖閾值區(qū)，即陀螺對極慢的或高速的轉(zhuǎn)動信號檢測不到，其檢測范圍受到很大限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的諧振式光學陀螺的檢測精度低和檢測范圍受限的問題，提供了雙路諧振式光學陀螺。
[0005]本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的:雙路諧振式光學陀螺，包括隔離準直芯片可調(diào)諧光源FL，隔離準直芯片可調(diào)諧光源FL的輸出端通過光纖和光學隔離器ISO的輸入端連接，光學隔離器ISO的輸出端通過光纖和第一稱合器Cl的輸入端連接,第一稱合器Cl的第一輸出端通過光纖和相位調(diào)制器PM的輸入端連接，相位調(diào)制器PM的輸出端通過光纖和第一環(huán)形器CIRl的第一端口連接，第一環(huán)形器CIRl的第二端口通過光纖和第四耦合器C4的第一端口連接；
第一耦合器Cl的第二輸出端通過光纖和第二環(huán)形器CIR2的第一端口連接，第二環(huán)形器CIR2的第二端口通過光纖和第四耦合器C4的第二端口連接，第四耦合器C4的第三端口和第四端口都通過光纖和光纖環(huán)形諧振腔FRR的輸入端口連接；
第二環(huán)形器CIR2的第三端口通過光纖和第二耦合器C2的輸入端連接，第二耦合器C2的第一輸出端通過光纖和第一光電探測器F1Dl的輸入端連接,第一光電探測器F1Dl的輸出端通過光纖和鎖相放大器LIA的輸入端連接，鎖相放大器LIA的輸出端通過信號線和反饋控制電路FBC的輸入端連接，反饋控制電路FBC的輸出端和隔離準直芯片可調(diào)諧光源FL的反饋端連接； 還包括數(shù)據(jù)采集處理模塊、第三耦合器C3和第二光電探測器TO2，第一環(huán)形器CIRl的第三端口通過光纖和第三稱合器C3的第一輸入端連接,第二稱合器C2的第二輸出端和第三率禹合器C3的第二輸入端連接,第三稱合器C3的輸出端和第二光電探測器Η)2的輸入端連接，第二光電探測器的輸出端和數(shù)據(jù)采集處理模塊的采集端口連接。
[0006]工作時，由隔離準直芯片可調(diào)諧光源FL發(fā)出的光束經(jīng)過光學隔離器ISO和第一分束器Cl后，被分成兩路功率相等、頻差為零的兩束光，其中一束光經(jīng)過相位調(diào)制器PM和第一環(huán)形器CIRl后，由第四耦合器C4進入光纖環(huán)形諧振腔FRR，在光纖環(huán)形諧振腔FRR內(nèi)形成逆時針光束，其中另一束光經(jīng)過第二環(huán)形器CIR2后，由第四耦合器C4進入光纖環(huán)形諧振腔FRR，在光纖環(huán)形諧振腔FRR內(nèi)形成順時針光束，逆時針光束在光纖環(huán)形諧振腔FRR內(nèi)繞行一圈，最后通過第四耦合器C4、第二環(huán)形器CIR2和第二耦合器C2進入第一光電探測器ΗΗ，然后經(jīng)鎖相放大器LIA、反饋控制電路FBC進入可調(diào)諧光源FL的反饋端，對隔離準直芯片可調(diào)諧光源FL進行調(diào)頻，使隔離準直芯片可調(diào)諧光源FL輸出的光束頻率鎖定在光纖環(huán)形諧振腔FRR的透射譜峰中心頻率處；順時針光束和逆時針光束在光纖環(huán)形諧振腔FRR內(nèi)繞行一圈后在第三稱合器C3處疊加，疊加后的光束進入第二光電探測器PD2進行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電信號存儲到數(shù)據(jù)采集模塊；順時針光束和逆時針光束通過第三耦合器C3疊加后，發(fā)生拍現(xiàn)象，形成拍頻信號，此拍頻信號存儲到數(shù)據(jù)采集處理模塊內(nèi)，由數(shù)據(jù)采集處理模塊測得拍頻信號的波長，數(shù)據(jù)采集處理模塊再根據(jù)公式A = M = Cli/ ,可以計算兩路光束之間的頻率差，根據(jù)頻率差便可得到被測物的旋轉(zhuǎn)
角速度，該光學陀螺內(nèi)部不需要調(diào)制器、解調(diào)器和一些輔助器件，在轉(zhuǎn)動過程中不會受到振動、信號白噪聲的影響而降低陀螺的檢測精度，也不存在檢測閉鎖閾值區(qū)。
[0007]數(shù)據(jù)采集處理模塊內(nèi)的計算頻率差的程序為本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的。
[0008]本發(fā)明根據(jù)頻差較小、速度相同的兩列同向傳播的簡諧波疊加可形成拍現(xiàn)象的光學合成原理，提供了簡便的雙路諧振式光學陀螺，該雙路諧振式光學陀螺測頻差方便、陀螺內(nèi)包含的光電器件較少，測得的頻差精確，不存在檢測閉鎖閾值區(qū)，解決了現(xiàn)有的諧振式光學陀螺靈敏度不高和檢測范圍受限的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為示波器檢測到的拍頻信號的波形圖。
[0011]圖3為計算得到的頻差示意圖。
【具體實施方式】
[0012]雙路諧振式光學陀螺，包括隔離準直芯片可調(diào)諧光源FL，隔離準直芯片可調(diào)諧光源FL的輸出端通過光纖和光學隔離器ISO的輸入端連接,光學隔離器ISO的輸出端通過光纖和第一稱合器Cl的輸入端連接,第一稱合器Cl的第一輸出端通過光纖和相位調(diào)制器PM的輸入端連接，相位調(diào)制器PM的輸出端通過光纖和第一環(huán)形器CIRl的第一端口連接，第一環(huán)形器CIRl的第二端口通過光纖和第四耦合器C4的第一端口連接；
第一耦合器Cl的第二輸出端通過光纖和第二環(huán)形器CIR2的第一端口連接，第二環(huán)形器CIR2的第二端口通過光纖和第四耦合器C4的第二端口連接，第四耦合器C4的第三端口和第四端口都通過光纖和光纖環(huán)形諧振腔FRR的輸入端口連接；
第二環(huán)形器CIR2的第三端口通過光纖和第二耦合器C2的輸入端連接，第二耦合器C2的第一輸出端通過光纖和第一光電探測器F1Dl的輸入端連接,第一光電探測器PDl的輸出端通過光纖和鎖相放大器LIA的輸入端連接，鎖相放大器LIA的輸出端通過信號線和反饋控制電路FBC的輸入端連接，反饋控制電路FBC的輸出端和隔離準直芯片可調(diào)諧光源FL的反饋端連接；
還包括數(shù)據(jù)采集處理模塊、第三耦合器C3和第二光電探測器TO2，第一環(huán)形器CIRl的第三端口通過光纖和第三稱合器C3的第一輸入端連接,第二稱合器C2的第二輸出端和第三耦合器C3的第二輸入端連接，第三耦合器C3的輸出端和第二光電探測器的輸入端連接，第二光電探測器的輸出端和數(shù)據(jù)采集處理模塊的采集端口連接。
【權(quán)利要求】
1.雙路諧振式光學陀螺，包括隔離準直芯片可調(diào)諧光源FL，隔離準直芯片可調(diào)諧光源FL的輸出端通過光纖和光學隔離器ISO的輸入端連接,光學隔離器ISO的輸出端通過光纖和第一稱合器Cl的輸入端連接,第一稱合器Cl的第一輸出端通過光纖和相位調(diào)制器PM的輸入端連接，相位調(diào)制器PM的輸出端通過光纖和第一環(huán)形器CIRl的第一端口連接，第一環(huán)形器CIRl的第二端口通過光纖和第四耦合器C4的第一端口連接； 第一耦合器Cl的第二輸出端通過光纖和第二環(huán)形器CIR2的第一端口連接，第二環(huán)形器CIR2的第二端口通過光纖和第四耦合器C4的第二端口連接，第四耦合器C4的第三端口和第四端口都通過光纖和光纖環(huán)形諧振腔FRR的輸入端口連接； 第二環(huán)形器CIR2的第三端口通過光纖和第二耦合器C2的輸入端連接，第二耦合器C2的第一輸出端通過光纖和第一光電探測器F1Dl的輸入端連接,第一光電探測器F1Dl的輸出端通過光纖和鎖相放大器LIA的輸入端連接，鎖相放大器LIA的輸出端通過信號線和反饋控制電路FBC的輸入端連接，反饋控制電路FBC的輸出端和隔離準直芯片可調(diào)諧光源FL的反饋端連接； 其特征在于還包括數(shù)據(jù)采集處理模塊、第三耦合器C3和第二光電探測器TO2，第一環(huán)形器CIRl的第三端口通過光纖和第三稱合器C3的第一輸入端連接,第二稱合器C2的第二輸出端和第三I禹合器C3的第二輸入端連接,第三I禹合器C3的輸出端和第二光電探測器的輸入端連接，第二光電探測器的輸出端和數(shù)據(jù)采集處理模塊的采集端口連接。
【文檔編號】G01C19/72GK103968821SQ201410210762
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】閆樹斌, 安盼龍, 鄭永秋, 李小楓, 薛晨陽, 劉耀英, 張成飛 申請人:中北大學