一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统及方法。本发明专利技术首先对激光器输出的连续光进行相位调制，然后经由相位相反的两路脉冲信号驱动的脉冲光调制器，将连续光转换成脉冲光后输入光学环形谐振腔，并同步对谐振腔的顺时针和逆时针输出信号进行解调，其中一路解调输出经过伺服回路稳定激光器的频率，另外一路解调输出作为陀螺的转动信号。本发明专利技术利用脉冲光束使环形谐振腔中的顺逆时针光束在时间上分开，避免信号光和背向散射光之间的能量耦合，从而消除背向散射噪声，提高了输出信号的信噪比；同时提升了系统的互易性。

A detection system and method of resonant optical gyro based on pulse light detection

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统及方法
本专利技术涉及信号检测
，尤其涉及一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统及方法。谐振式光学陀螺包括以光纤环形谐振腔为敏感元件的谐振式光纤陀螺和以光波导环形谐振腔为核心敏感元件的谐振式集成光学陀螺。
技术介绍
谐振式光学陀螺(ResonatorOpticGyroscope，ROG)是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的微型惯性传感器。无振动部件的谐振式光学陀螺具有小型化，精度高，抗震动等优点。相比微机械陀螺(MicroElectroMechanicalSystems，MEMS)和干涉式光纤陀螺(InterferometricFiberOpticalGyroscope，IFOG)，ROG在小型化和集成化上具有更大的优势。由于Sagnac效应是一种微弱的效应，并且谐振式光学陀螺中的光学噪声又很强，因此信号检测与噪声抑制技术具有非常重要的地位。其中背向散射噪声是谐振式光学陀螺中最主要的光学噪声，主要有干涉项与强度项的噪声影响。通常将两路的调制频率错开来抑制强度项的噪声影响，但这会破坏系统的互易性；通常用载波抑制的方法来抑制干涉项的噪声的影响，但是载波抑制的方法会恶化系统的随机游走，同时载波抑制对调制幅度的控制精度往往要求很高，实现起来比较困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统及方法，用于克服传统连续波探测存在的背向散射噪声问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术公开了一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统，包括可调谐激光器、相位调制器、脉冲光调制器、光学谐振腔、光电探测器构成的光学系统以及由脉冲信号产生模块、信号调制解调模块、反馈锁定模块构成的信号处理系统；可调谐激光器、相位调制器、脉冲光调制器通过光纤顺次相连；脉冲光调制器的两路输出与光学谐振腔相连，光学谐振腔的输出与光电探测器通过光纤相连，光电探测器的输出信号输入调制解调模块，信号调制解调模块产生的调制信号输入到相位调制器，信号调制解调模块产生的解调信号输入到反馈锁定模块，反馈锁定模块与可调谐激光器相连；信号调制解调模块产生的谐振式光学陀螺信号输入到数据记录仪；脉冲信号产生模块与脉冲光调制器相连。上述检测系统的检测方法，包括以下步骤：(1)相位调制：可调谐激光器发出的激光经相位调制器调制，其中，相位调制器的驱动信号是信号调制解调模块产生的调制信号U1(t)；(2)连续光转换为脉冲光：经过相位调制的连续光，输入由脉冲信号产生模块驱动的脉冲光调制器，产生相互切换的两束脉冲光，避免背向散射光和信号光之间的互相耦合，从而抑制背向散射噪声；(3)信号的解调：经过脉冲光调制器后形成的相互切换的光束，输入光学谐振腔，形成逆时针和顺时针的两个谐振光束；这两束光分别进入光电转换器转换成为电信号；信号调制解调模块产生与U1(t)同频的参考信号对电信号进行解调；(4)陀螺信号输出：逆时针路信号，经解调后作为解调信号传输至反馈锁定模块，反馈锁定模块对其进行比例和积分运算处理后反馈控制可调谐激光器；顺时针路信号，经解调后作为谐振式光学陀螺信号，输出至数据记录仪。本专利技术还公开了另一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统，它包括可调谐激光器、第一相位调制器、脉冲光调制器、第二相位调制器、衰减器、光学谐振腔、光电探测器构成的光学系统以及由脉冲信号产生模块、信号调制解调模块、反馈锁定模块和伺服移频模块构成的信号处理系统；可调谐激光器、第一相位调制器和脉冲光调制器通过光纤依次相连；脉冲光调制器的一路输出通过第二相位调制器后输入光学谐振腔，脉冲光调制器的另一路输出通过衰减器后输入光学谐振腔；光学谐振腔的输出经光电探测器光电转换后分别输入信号调制解调模块，脉冲信号产生模块与脉冲光调制器相连，信号调制解调模块产生的调制信号输入到第一相位调制器，信号调制解调模块解调逆时针路信号产生的解调信号输入到反馈锁定模块，反馈锁定模块与可调谐激光器相连；信号调制解调模块解调顺时针路信号产生的解调信号输入到伺服移频模块，伺服移频模块与第二相位调制器相连。上述检测系统的检测方法，包括以下步骤：(1)相位调制：可调谐激光器发出的激光经相位调制器调制，其中，相位调制器的驱动信号是信号调制解调模块产生的调制信号U1(t)；(2)连续光转换为脉冲光：经过相位调制的连续光，输入由脉冲信号产生模块驱动的脉冲光调制器，产生相互切换的两束脉冲光，避免背向散射光和信号光之间的互相耦合，从而抑制背向散射噪声；(3)信号的解调：经过脉冲光调制器后形成的相互切换的光束，分别经过第二相位调制器与衰减器后输入光学谐振腔，形成逆时针和顺时针的两个谐振光束，这两束光分别进入光电转换器转换成为电信号，信号调制解调模块产生与U1(t)同频的参考信号对电信号进行解调；(4)陀螺信号输出：逆时针路信号，经解调后作为解调信号传输至反馈锁定模块，反馈锁定模块对其进行比例和积分运算处理后反馈控制可调谐激光器；顺时针路信号，经解调后传输至伺服移频模块，伺服移频模块产生锯齿波作用在第二相位调制器上，使得光学谐振腔内的顺时针路也工作在谐振频率点上；锯齿波的频率信号作为移频量，同时作为陀螺的转动输出信号。优选的，所述的脉冲光调制器为声光调制器、马赫-增德尔调制器、磁光调制器等光调制器。本专利技术具有的有益效果：背向散射噪声是谐振式光学陀螺中最主要的光学噪声之一，主要有干涉项与强度项的噪声影响。通常在顺时针和逆时针光路中插入两个独立的相位调制器，采用不同的调制频率来抑制强度项的噪声影响，但这会破坏系统的互易性；通常用载波抑制的方法来抑制干涉项的噪声的影响，但是载波抑制的方法会恶化系统的随机游走，同时载波抑制对调制幅度的控制精度往往要求很高，实现起来比较困难。本专利技术采用单相位调制器，对顺时针和逆时针光进行同频调制，能很好地消除系统中的互易性噪声。同时顺时针和逆时针光通过脉冲光调制器在时间上相互切换，避免了背向散射光和信号光之间的互相耦合，无需进行载波抑制即可消除背向散射噪声的影响，提升了输出信号的信噪比。附图说明图1是本专利技术的第一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统的结构示意图；图2是本专利技术的第二种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统的结构示意图；图3是信号解调后输出的曲线示意图；图4是谐振式光学陀螺转动时顺时针和逆时针谐振频率与激光器频率关系示意图；图5是一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统的具体实施案例示意图；图中：1、可调谐激光器，2、相位调制器，3、1×2耦合器，4、第一脉冲光调制器，5、第二脉冲光调制器，6、脉冲信号产生模块，7、第一光电探测器，8、第二光电探测器，9、第一环形器，10、第二环形器，11、光学谐振腔，12、信号调制解调模块，13、数据记录仪，14、反馈锁定模块。具体实施方式下面结合实施例和附图来详细说明本专利技术，但本专利技术不仅限于此。如图1所示，是一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统，它包括可调谐激光器、相位调制器、脉冲光调制器、光学谐振腔、光电探测器构成的光学系统以及由脉冲信号产生模块、信号调制解调模块、反馈锁定模块构成的信号处理系统；可调谐激光器、相位调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统，其特征在于，它包括可调谐激光器、相位调制器、脉冲光调制器、光学谐振腔、光电探测器构成的光学系统以及由脉冲信号产生模块、信号调制解调模块、反馈锁定模块构成的信号处理系统；可调谐激光器、相位调制器、脉冲光调制器通过光纤顺次相连；脉冲光调制器的两路输出与光学谐振腔相连，光学谐振腔的输出与光电探测器通过光纤相连，光电探测器的输出信号输入调制解调模块，信号调制解调模块产生的调制信号输入到相位调制器，信号调制解调模块产生的解调信号输入到反馈锁定模块，反馈锁定模块与可调谐激光器相连；信号调制解调模块产生的谐振式光学陀螺信号输入到数据记录仪；脉冲信号产生模块与脉冲光调制器相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统，其特征在于，它包括可调谐激光器、相位调制器、脉冲光调制器、光学谐振腔、光电探测器构成的光学系统以及由脉冲信号产生模块、信号调制解调模块、反馈锁定模块构成的信号处理系统；可调谐激光器、相位调制器、脉冲光调制器通过光纤顺次相连；脉冲光调制器的两路输出与光学谐振腔相连，光学谐振腔的输出与光电探测器通过光纤相连，光电探测器的输出信号输入调制解调模块，信号调制解调模块产生的调制信号输入到相位调制器，信号调制解调模块产生的解调信号输入到反馈锁定模块，反馈锁定模块与可调谐激光器相连；信号调制解调模块产生的谐振式光学陀螺信号输入到数据记录仪；脉冲信号产生模块与脉冲光调制器相连。2.一种应用权利要求1所述检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)相位调制：可调谐激光器发出的激光经相位调制器调制，其中，相位调制器的驱动信号是信号调制解调模块产生的调制信号U1(t)；(2)连续光转换为脉冲光：经过相位调制的连续光，输入由脉冲信号产生模块驱动的脉冲光调制器，产生相互切换的两束脉冲光，避免背向散射光和信号光之间的互相耦合，从而抑制背向散射噪声；(3)信号的解调：经过脉冲光调制器后形成的相互切换的光束，输入光学谐振腔，形成逆时针和顺时针的两个谐振光束；这两束光分别进入光电转换器转换成为电信号；信号调制解调模块产生与U1(t)同频的参考信号对电信号进行解调；(4)陀螺信号输出：逆时针路信号，经解调后作为解调信号传输至反馈锁定模块，反馈锁定模块对其进行比例和积分运算处理后反馈控制可调谐激光器；顺时针路信号，经解调后作为谐振式光学陀螺信号，输出至数据记录仪。3.一种基于脉冲光探测的谐振式光学陀螺的检测系统，其特征在于，它包括可调谐激光器、第一相位调制器、脉冲光调制器、第二相位调制器、衰减器、光学谐振腔、光电探测器构成的光学系统以及由脉冲信号产生模块、信号调制解调模块、反馈锁定模块和伺服移...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伊，李汉钊，马慧莲，金仲和，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33