一种三分量旋转地震仪制造技术

本申请提供一种三分量旋转地震仪，包括：三个光纤陀螺和电路解算模块，其中，三个光纤陀螺的敏感轴相互正交；电路解算模块的输入端连接光纤陀螺的检测信号输出端，电路解算模块用于生成光纤陀螺所需的调制信号，以及解调检测信号输出端输出的检测信号，得到检测角速度，并对检测角速度进行误差补偿。本申请将三个相同的光纤陀螺进行正交组装，并且补偿了三个敏感轴未完全正交带来的测量误差。提供了一种精度高、稳定性高、角速度误差小、可以测量三个正交方向分量的旋转地震仪。进而，应用在地震旋转运动的监测中，能实时、准确、稳定测量旋转地震学中3个旋转运动的指标，在强地面运动地震学、地震工程学及地震仪器的发展中具有重要的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种三分量旋转地震仪
本申请涉及地震仪
，具体涉及一种三分量旋转地震仪。
技术介绍
地震波是由地球内部的地震源向四周通过地壳辐射的弹性波，对地震波的研究有助于了解到地球内部的真实情况，现代理论证明了地震波中旋转分量的存在，并指出其对于完整地构建出地震模型，了解地震的产生、传播甚至是预测都有至关重要的作用。传统地震仪仅能测量线性运动，因此在地震波的研究历史中很长时间都局限于平移分量，旋转地震学也因此发展缓慢。但是，光纤陀螺的飞速发展大大促进了其在各领域的应用，三分量光纤陀螺应运而生，作为一种新型的旋转角速度测量设备，在导弹、航空、航天、航海、地质测量和高层监测等领域均有重要的应用，但是目前国内尚未出现成熟的旋转地震仪。基于基于萨格纳克效应(Sagnaceffect)的光纤陀螺是一种测量物体惯性运动角速度的传感器，其特点是仅对旋转运动敏感，可以直接测量旋转运动，因此十分适合用于地震监测领域。具体来说，在闭合光路中由同一光源发出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，两束光则会产生与该转动角速度相关的相位差，通过检测所述两束光的相位差或干涉条纹的变化，就可以测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：其中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。然而，目前的三轴一体光纤陀螺技术方案较少，实际商用的产品也十分缺乏，为数不多的方案侧重点是通过共享光学器件和电路以减少体积和降低功耗，未考虑由于三轴并未完全正交带来的角速度测量误差，并且这些方案中的光路结构较为传统，不能达到在地震监测领域的角速度传感器的精度要求。因此，需要提供一种精度高、稳定性高、角速度误差小、三个正交方向分量的旋转地震仪。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种三分量旋转地震仪。本申请提供一种三分量旋转地震仪，包括：三个光纤陀螺和电路解算模块，其中，所述三个光纤陀螺的敏感轴相互正交；所述电路解算模块的输入端连接所述光纤陀螺的检测信号输出端，所述电路解算模块用于生成所述光纤陀螺所需的调制信号，以及解调所述检测信号输出端输出的检测信号，得到检测角速度，并对所述检测角速度进行误差补偿。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、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纤环；其中，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分别连接并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第一端，所述第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第二端。在本申请的一些实施方式中，所述光纤陀螺包括：依次串接的光源、起偏器、消偏器和耦合器，并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路，以及保偏光纤环；其中，所述耦合器的输出端连接所述第一偏振光通路和所述第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第一端，所述第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第二端；所述耦合器的输出端和所述第二偏振光通路的输入端之间串接有延时模块。在本申请的一些实施方式中，所述三个光纤陀螺公用一个光源或三个光纤陀螺仪各自对应一个光源。在本申请的一些实施方式中，所述第一偏振光通路包括第一Y波导和第一偏振分束合束器；所述第一Y波导的单独端连接所述第一偏振光通路的输入端，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；所述第一偏振分束合束器的合束端为所述第一偏振光通路的输出端；所述第二偏振光通路包括第二Y波导和第二偏振分束合束器；所述第二Y波导的单独端连接所述第二偏振光通路的输入端，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；所述第二偏振分束合束器的合束端为所述第二偏振光通路的输出端。在本申请的一些实施方式中，所述第一偏振光通路还包括第一环形器和第一光电探测器，所述第一环形器的第一端为所述第一偏振光通路的输入端，所述第一环形器的第二端连接所述第一Y波导的输入端；所述第一光电探测器的输入端与所述第一环形器的第三端相连；所述第二偏振光通路还包括第二环形器和第二光电探测器，所述第二环形器的第一端为所述第二偏振光通路的输入端，所述第二环形器的第二端连接所述第二Y波导的输入端；所述第二光电探测器的输入端与所述第二环形器的第三端相连；所述第一光电探测器的输出端为所述第一偏振光通路的检测信号输出端，所述第二光电探测器的输出端为所述第二偏振光通路的检测信号输出端。在本申请的一些实施方式中，所述电路解算模块包括与所述三个所述光纤陀螺一一对应的三个信号解调单元和一个误差补偿单元；所述信号解调单元包括现场可编程门阵列和微处理器，所述现场可编程门阵列的输入端连接所述光纤陀螺的检测输出端，所述现场可编程门阵列的输出端连接所述光纤陀螺的调制信号输入端；所述现场可编程门阵列根据所述检测信号生成所述光纤陀螺所需的调制信号，并将所述调制信号输出至所述光纤陀螺的调制信号输入端；所述现场可编程门阵列的输出端还连接所述微处理器的输入端；所述现场可编程门阵列对所述检测信号进行预处理，所述微处理器采用相干解调技术对预处理后的信号进行解调，得到所述检测角速度；所述微处理器的输出端连接所述误差补偿单元的输入端；所述误差补偿单元对所述检测角速度进行误差补偿。在本申请的一些实施方式中，所述信号解调单元还包括：模拟数字转换器和数字模拟转换器，所述模拟数字转换器串接在所述光纤陀螺的检测信号输出端和所述现场可编程门阵列的输入端之间；所述数字模拟转换器串接在所述现场可编程门阵列的输出端和所述光纤陀螺的调制信号输入端之间。在本申请的一些实施方式中，所述误差补偿单元将所述检测角速度代入所述光学陀螺的误差补偿数学模型，得到补偿后的角速度。在本申请的一些实施方式中，所述第一Y波导的的电信号输入端为所述第一偏振光通路的调制信号输入端，所述第二Y波导的的电信号输入端为所述第二偏振光通路的调制信号输入端；所述现场可编程门阵列生成的所述调制信号包括第一调制信号和第二调制信号，所述第一调制信号和所述第二调制信号的相位相反；其中，所述第一调制信号施加在所述第一偏振分束合束器的第一分束端和所述第二偏振分束合束器的第一分束端；所述第二调制信号施加在所述第一偏振分束合束器的第二分束端和所述第二偏振分束合束器的第二分束端。相较于现有技术，本申请将三个相同的光纤陀螺进行正交组装(光纤陀螺的敏感轴正交)，并且通过电路解算模块解调三个光纤陀螺检测的光信号，得到三个空间轴的检测角速度，并对检测角速度进行误差补偿，补偿了三个敏感轴未完全正交带来的测量误差。从而，本申请提供了一种精度高、稳定性高、角速度误差小、可以测量三个正交方向分量的旋转地震仪。进而可以将本申请的三分量旋转地震本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三分量旋转地震仪，其特征在于，包括：三个光纤陀螺和电路解算模块，其中，所述三个光纤陀螺的敏感轴相互正交；/n所述电路解算模块的输入端连接所述光纤陀螺的检测信号输出端，所述电路解算模块用于生成所述光纤陀螺所需的调制信号，以及解调所述检测信号输出端输出的检测信号，得到检测角速度，并对所述检测角速度进行误差补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种三分量旋转地震仪，其特征在于，包括：三个光纤陀螺和电路解算模块，其中，所述三个光纤陀螺的敏感轴相互正交；
所述电路解算模块的输入端连接所述光纤陀螺的检测信号输出端，所述电路解算模块用于生成所述光纤陀螺所需的调制信号，以及解调所述检测信号输出端输出的检测信号，得到检测角速度，并对所述检测角速度进行误差补偿。


2.根据权利要求1所述的三分量旋转地震仪，其特征在于，
所述光纤陀螺包括：光源、偏振分光模块、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纤环；其中，
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分别连接并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第一端，所述第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第二端。


3.根据权利要求1所述的三分量旋转地震仪，其特征在于，
所述光纤陀螺包括：依次串接的光源、起偏器、消偏器和耦合器，并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路，以及保偏光纤环；其中，
所述耦合器的输出端连接所述第一偏振光通路和所述第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第一端，所述第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环的第二端；
所述耦合器的输出端和所述第二偏振光通路的输入端之间串接有延时模块。


4.根据权利要求2或3所述的三分量旋转地震仪，其特征在于，
所述三个光纤陀螺公用一个光源或三个光纤陀螺仪各自对应一个光源。


5.根据权利要求2或3所述的三分量旋转地震仪，其特征在于，
所述第一偏振光通路包括第一Y波导和第一偏振分束合束器；所述第一Y波导的单独端连接所述第一偏振光通路的输入端，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；所述第一偏振分束合束器的合束端为所述第一偏振光通路的输出端；
所述第二偏振光通路包括第二Y波导和第二偏振分束合束器；所述第二Y波导的单独端连接所述第二偏振光通路的输入端，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；所述第二偏振分束合束器的合束端为所述第二偏振光通路的输出端。


6.根据权利要求5所述的三分量旋转地震仪，其特征在于，
所述第一偏振光通路还包括第一环形器和第一光电探测器，所述第一环形器的第一端为所述第一偏振光通路的输入端，所述第一环形器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：操玉文，阳春霞，张丁凡，何动，周桐，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