一种光纤陀螺的角速度测量方法技术

本申请提供一种光纤陀螺的角速度检测方法，包括：产生至少一组检测光，每组所述检测光包括一束在光纤陀螺内顺时针传输的顺时针光和一束在所述光纤陀螺内逆时针传输的逆时针光；采用预定频率的调制信号对各组顺时针光和逆时针光进行相位调制，其中，根据各组顺时针光和逆时针光在光纤陀螺内传输的噪声谱曲线确定预定频率；采集每组顺时针光和逆时针光的的干涉信号，根据干涉信号得到角速度检测结果。本申请将调制信号的频率设置在宽带噪声频段，可以大幅度降低噪底，提高光纤陀螺的短时游走性能。同时，拖尾效应的影响会因为频点的拉开而减少，从而能在很大程度上降低1/f噪声带来的相位误差，提高光纤陀螺的短时游走性能，使超高精度的光纤陀螺指标迈入新的台阶。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤陀螺的角速度测量方法
本申请涉及陀螺仪
，具体涉及一种光纤陀螺的角速度检测方法。
技术介绍
光纤陀螺仪是一种测量物体惯性运动角速度的传感器。由于其精度高、性能稳定、可靠性好、抗干扰能力强和寿命长等特点而被广泛应用于导弹、航空、航天、航海等领域。光学陀螺仪基本工作原理是：在闭合光路中的两束特征相同的光分别沿顺时针(CW)方向和逆时针(CCW)方向传输时，如果该光路存在转动，则两束光会产生与该转动角速度相关的相位差，从而根据这两束光的干涉信号即可得出该闭合光路的转动角速度。上述相位差被称作萨格纳克相移φs，其与转动角速度Ω的关系可表示为：式中，λ为光源波长，c表示真空中的光速，L和D表示光纤环的长度和直径。由于Sagnac相移十分微小，因此实际应用中，人们通常在CW、CCW之间通过相位调制等方法引入一个可控的相位差作为偏置,以提高小信号检测的灵敏度，这时光电探测器探测到的信号为ID＝I0[1+cos(φs+Δφ(t)]，一种有效的相位偏置方法是通过相位调制器引入一个动态相位调制，使得两束光波之间的附加相位差为Δφ(t)＝φCCW(t)-φCW(t)＝φm0(t)-φm0(t-τ)，其中τ为光纤环的渡越时间，τ＝neffL/C，其中neff是光纤的有效折射率。使用正弦波相位调制φm0＝φ0sin(ωmt)时有将所检测的信号按频率展开为其中φm可由下式解出，I(4ωm)/I(2ωm)＝J4(φm)/J2(φm)，利用一次谐波和二次谐波可以检测到萨格奈克相移为>φs＝arctan[I(ωm)J2(φm)/I(2ωm)J1(φm)]最后通过就可以得到旋转角速度。现有技术中，调制信号频率为光纤环的本征频率，fm＝1/2τ，其目的在于可以有效消除背向瑞利散射噪声。然而，通过采集两束光的干涉信号做噪声谱分析后，发现噪声谱并不平坦，低频的噪声明显高于高频部分，如图4所示。因此，对于大型光纤环(其长度是30km，本征频率为3.3kHz)而言，其调制频率相较于小型光纤环会低很多，会落入图4所示的1/f噪声较高的低频部分，这将大大影响陀螺的短时游走性能，劣化探测灵敏度，1/f噪声的影响在超大高精度光纤陀螺中不可忽视。因此，需要提供一种能消除1/f噪声的光纤陀螺的角速度检测方法。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种光纤陀螺的角速度检测方法。本申请提供一种光纤陀螺的角速度检测方法，包括：产生至少一组检测光，每组所述检测光包括一束在光纤陀螺内顺时针传输的顺时针光和一束在所述光纤陀螺内逆时针传输的逆时针光；采用预定频率的调制信号对各组所述顺时针光和逆时针光进行相位调制，其中，根据各组顺时针光和所述逆时针光在所述光纤陀螺内传输的噪声谱曲线确定所述预定频率；采集每组所述顺时针光和所述逆时针光的的干涉信号，根据所述干涉信号得到角速度检测结果。在本申请的一些实施方式中，所述根据各组顺时针光和所述逆时针光在所述光纤陀螺内传输的噪声谱曲线确定所述预定频率，包括：使每组所述顺时针光和所述逆时针光在所述光效陀螺中传输，且未对所述顺时针光和所述逆时针光进行相位调制；根据各组所述顺时针光和逆时针光的干涉信号，生成所述干涉信号的噪声谱曲线；分析所述噪声谱曲线，确定所述预定频率属于宽带噪声频段，其中，处于所述宽带噪声频段内的任意频率点对应的噪声振幅不大于预定阈值。在本申请的一些实施方式中，所述预定频率是所述光纤陀螺的光纤环本征频率的奇次倍频。在本申请的一些实施方式中，所述光纤陀螺的光纤环的长度不小于20千米。在本申请的一些实施方式中，所述光纤陀螺包括：光源、偏振分光模块、第一环形器、第二环形器、第一Y波导、第二Y波导、第一偏振分束合束器、第二偏振分束合束器、信号发生器以及光纤环；所述光源连接所述偏振分光模块的输入端，所述偏振分光模块的输出端连接并联的所述第一环形器和所述第二换环形器的第一端，所述第一环形器的第二端连接所述第一Y波导的单独端，所述第一Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第一分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第一分束端；所述第二环形器的第二端连接所述第二Y波导的单独端，所述第二Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第二分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第二分束端；所述第一偏振分束合束器的合束端和第二偏振分束合束器的合束端连接所述光纤环；所述信号发生器的输出端与所述第一Y波导和所述第二Y波导的电信号输入端分别连接；所述根据各组顺时针光和所述逆时针光在所述光纤陀螺内传输的噪声谱曲线确定所述预定频率，包括：使所述信号发生器处于关闭状态；所述第一Y波导产生两束第一偏振光，所述两束第一偏振光中的一束依次经第一偏振分束合束器、第二偏振分束合束器返回至所述第一Y波导，另一束依次经所述第二偏振分束合束器、所述第一偏振分束合束器返回至所述第一Y波导，采集两束所述第一偏振光的第一干涉信号，生成所述第一干涉信号的第一噪声谱曲线；所述第二Y波导产生两束第二偏振光，所述两束第二偏振光中的一束依次经第一偏振分束合束器、第二偏振分束合束器返回至所述第二Y波导，另一束依次经所述第二偏振分束合束器、所述第一偏振分束合束器返回至所述第二Y波导，采集两束所述第二偏振光的第二干涉信号，生成所述第二干涉信号的第二噪声谱曲线；根据所述第一噪声谱曲线和所述第二噪声谱曲线确定所述预定频率。在本申请的一些实施方式中，所述光纤陀螺还包括：第一光电探测器，所述第一光电探测器的输入端连接所述第一环形器的第三端；第二光电探测器，所述第二光电探测器的输入端连接所述第二环形器的第三端；所述根据所述检测光在所述光纤陀螺传输的噪声谱曲线确定所述预定频率，还包括：所述第一光电探测器采集由所述第一Y波导输出的两束所述第一偏振光的干涉信号；所述第二光电探测器采集由所述第二Y波导输出的两束所述第二偏振光的干涉信号。在本申请的一些实施方式中，所述光纤陀螺还包括：第一光电探测器，所述第一光电探测器的输入端连接所述第一环形器；第二光电探测器，所述第二光电探测器的输入端连接所述第二环形器；所述根据所述检测光在所述光纤陀螺传输的噪声谱曲线确定所述预定频率，还包括：所述第一光电探测器采集由所述第一Y波导输出的两束所述第一偏振光的干涉信号；所述第二光电探测器采集由所述第二Y波导输出的两束所述第二偏振光的干涉信号。在本申请的一些实施方式中，所述采用预定频率的调制信号对各组所述顺时针光和逆时针光进行相位调制，包括：所述信号发生器向所述第一Y波导输出第一调制信号，向所述第二Y波导输出第二调制信号，所述第一调制信号和所述第二调制信号的功率相同。所述采用预定频率的调制信号对各组所述顺时针光和逆时针光进行相位调制，包括：所述第一偏振光的调制信号为第一调制信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤陀螺的角速度检测方法，其特征在于，包括：/n产生至少一组检测光，每组所述检测光包括一束在光纤陀螺内顺时针传输的顺时针光和一束在所述光纤陀螺内逆时针传输的逆时针光；/n采用预定频率的调制信号对各组所述顺时针光和逆时针光进行相位调制，其中，根据各组顺时针光和所述逆时针光在所述光纤陀螺内传输的噪声谱曲线确定所述预定频率；/n采集每组所述顺时针光和所述逆时针光的的干涉信号，根据所述干涉信号得到角速度检测结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤陀螺的角速度检测方法，其特征在于，包括：
产生至少一组检测光，每组所述检测光包括一束在光纤陀螺内顺时针传输的顺时针光和一束在所述光纤陀螺内逆时针传输的逆时针光；
采用预定频率的调制信号对各组所述顺时针光和逆时针光进行相位调制，其中，根据各组顺时针光和所述逆时针光在所述光纤陀螺内传输的噪声谱曲线确定所述预定频率；
采集每组所述顺时针光和所述逆时针光的的干涉信号，根据所述干涉信号得到角速度检测结果。


2.根据权利要求1所述的光纤陀螺的角速度检测方法，其特征在于，所述根据各组顺时针光和所述逆时针光在所述光纤陀螺内传输的噪声谱曲线确定所述预定频率，包括：
使每组所述顺时针光和所述逆时针光在所述光效陀螺中传输，且未对所述顺时针光和所述逆时针光进行相位调制；
根据各组所述顺时针光和逆时针光的干涉信号，生成所述干涉信号的噪声谱曲线；
分析所述噪声谱曲线，确定所述预定频率属于宽带噪声频段，其中，处于所述宽带噪声频段内的任意频率点对应的噪声振幅不大于预定阈值。


3.根据权利要求1或2所述的光纤陀螺的角速度检测方法，其特征在于，所述预定频率是所述光纤陀螺的光纤环本征频率的奇次倍频。


4.根据权利要求1所述的光纤陀螺的角速度检测方法，其特征在于，所述光纤陀螺的光纤环的长度不小于20千米。


5.根据权利要求1所述的光纤陀螺的角速度检测方法，其特征在于，所述光纤陀螺包括：光源、偏振分光模块、第一环形器、第二环形器、第一Y波导、第二Y波导、第一偏振分束合束器、第二偏振分束合束器、信号发生器以及光纤环；
所述光源连接所述偏振分光模块的输入端，所述偏振分光模块的输出端连接并联的所述第一环形器和所述第二换环形器的第一端，所述第一环形器的第二端连接所述第一Y波导的单独端，所述第一Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第一分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第一分束端；所述第二环形器的第二端连接所述第二Y波导的单独端，所述第二Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第二分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第二分束端；所述第一偏振分束合束器的合束端和第二偏振分束合束器的合束端连接所述光纤环；
所述信号发生器的输出端与所述第一Y波导和所述第二Y波导的电信号输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：操玉文，何动，张丁凡，周桐，阳春霞，曾卫益，朱兰鑫，陈彦钧，李正斌，蒋云，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11