宽谱光源复用的小型化三轴谐振式光纤陀螺仪检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种宽谱光源复用的小型化三轴谐振式光纤陀螺仪检测系统。整个系统由光学系统和信号检测系统两部分构成，其中，光学系统包含一个宽谱光源，三个推挽式Y分支，三个环形器，三个透射式光纤环形谐振腔以及三个光电探测器；信号检测系统包含数/模转化模块、模/数转化模块、调制解调模块、伺服控制模块、移频驱动模块以及低通滤波模块。本发明专利技术中第一个谐振腔采用对称式的接法与宽谱光源相连，同时从第一个谐振腔的两个反射端口出腔的光信号分别驱动另外两个采用同样接法的谐振式光纤陀螺，从而巧妙的形成三轴一体化结构。这样无需添加额外的器件就可以实现光源的复用，不仅简化了系统结构还有效的提高了宽谱光源的利用率。利用率。利用率。

【技术实现步骤摘要】
宽谱光源复用的小型化三轴谐振式光纤陀螺仪检测系统


[0001]本专利技术涉及一种宽谱光源复用的小型化三轴谐振式光纤陀螺仪检测系统，包含陀螺仪开环及闭环系统下光路系统的设计以及信号检测方案。

技术介绍

[0002]光纤陀螺仪(Fiber
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optic Gyroscope,FOG)是一种基于光学Sagnac效应的高精度角速度敏感元件，被广泛应用于惯性导航领域。它主要包括干涉式光纤陀螺仪(Interferometric Fiber
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optic Gyroscope,IFOG)和谐振式光纤陀螺仪(Resonator Fiber
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optic Gyroscope,RFOG)两大类型。其中，IFOG以多圈光纤环作为其敏感元件，通过检测顺、逆时针光束的干涉光强度来检测角速度，对于一个给定直径的光纤环，其理论灵敏度与光纤环的长度成正相关。而RFOG则是以一个高清晰度的光纤环形谐振腔作为其敏感元件，利用光束在谐振腔内的多圈传输来增强光学Sagnac效应，其理论灵敏度为谐振腔的长度与谐振腔清晰度乘积的一半。因此，在相同的直径和光纤长度下，RFOG具有更高的检测灵敏度。但谐振腔在增大理论灵敏度的同时也放大了各种光学寄生效应，包括背向散射、偏振效应以及Kerr效应等，这些光学寄生效应的存在恶化了RFOG的长期稳定性。
[0003]最近所提出的一种宽谱光驱动下的RFOG方案，通过降低光源的相干性来减小各种光学噪声的影响，从而有效的提高了陀螺的长期稳定性。但由于谐振腔的作用，宽谱光源中只有频率为谐振频率整数倍的光才能得到有效的利用，这无疑大幅度的降低了光源功率的利用率，因此如何提高光源利用率就显得尤为重要。
[0004]对于实际应用的陀螺仪来说一般可分为单轴陀螺仪和三轴陀螺仪两种类型，一个单轴陀螺仪仅能测量一个轴向的量，因此对于一个实际应用的惯导系统通常需要三个单轴陀螺仪才能满足需求，而一个三轴陀螺仪即可实现对三个轴向转动的同时测量，因此三轴陀螺仪具有体积小、质量轻、结构简单等突出优势，也是未来光学陀螺仪的发展趋势。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供了一种宽谱光源复用的小型化三轴谐振式光纤陀螺仪检测系统。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007]本专利技术首先提供了一种宽谱光源复用的小型化三轴谐振式光纤陀螺仪的开环检测系统，其包括光学系统和信号检测系统，所述光学系统由一个宽谱光源、三个推挽式Y分支、三个环形器、三个透射式光纤环形谐振腔以及三个光电探测器所构成，所述信号检测系统由数/模转化模块、模/数转化模块、调制解调模块、以及低通滤波模块所组成；
[0008]第一个环形器的1端口与宽谱光源相连，第一个环形器的2端口与第一个推挽式Y分支的输入端相连，第一个环形器的3端口与第一个光电探测器相连，第一个推挽式Y分支的两个输出端口分别与第一个光纤环形谐振腔的两个耦合器的同侧输入端相连；第一个光纤环形谐振腔的两个耦合器的两个空置端口分别与第二个环形器和第三个环形器的1端口
相连；第二个环形器的2端口与第二个推挽式Y分支的输入端口相连，第二个环形器的3端口与第二个光电探测器相连，第二个推挽式Y分支的两个输出端口分别与第二个光纤环形谐振腔的两个耦合器的同侧输入端相连；第三个环形器的2端口与第三个推挽式Y分支的输入端口相连，第三个环形器的3端口与第三个光电探测器相连，第三个推挽式Y分支的两个输出端口分别与第三个光纤环形谐振腔的两个耦合器的同侧输入端相连；
[0009]由调制解调模块生成的三个正弦波调制信号经过数/模转化模块后分别作用于第一个推挽式Y分支、第二个推挽式Y分支以及第三个推挽式Y分支上；第一个光电探测器、第二个光电探测器以及第三个光电探测器输出的三路电信号经过模/数转化模块后在调制解调模块被同步解调，解调信号的频率分别与施加至第一个推挽式Y分支、第二个推挽式Y分支以及第三个推挽式Y分支的调制信号的频率相同；调制解调模块的三路解调输出信号经过低通滤波器模块后，被数据记录仪采集，分别作为三轴陀螺仪系统的三个轴向的陀螺输出。
[0010]在本专利技术中，所述第一个环形器、第一个推挽式Y分支、第一个光纤环形谐振腔以及第一个光电探测器构成第一个轴的陀螺仪；所述第二个环形器、第二个推挽式Y分支、第一个光纤环形谐振腔以及第一个光电探测器构成第二个轴的陀螺仪；所述第三个环形器、第三个推挽式Y分支、第三个光纤环形谐振腔以及第三个光电探测器构成第三个轴的陀螺仪；仅利用一个宽谱光源实现对上述三个陀螺仪的驱动，且无需添加额外的光学元件。
[0011]作为本专利技术的优选方案，所述施加至第一个推挽式Y分支上调制信号的频率与施加至第二个推挽式Y分支和第三个推挽式Y分支上调制信号的频率不同。
[0012]作为本专利技术的优选方案，三个环形谐振腔均为透射式光纤环形谐振腔，且采用顺、逆时针方向的光信号共用输入、输出端口的透射式对称接法。
[0013]另一方面，本专利技术还提供了一种宽谱光源复用的小型化三轴谐振式光纤陀螺仪的闭环检测系统，其包括光学系统和信号检测系统；所述光学系统由一个宽谱光源、三个推挽式Y分支、三个环形器、三个透射式光纤环形谐振腔以及三个光电探测器所构成，所述信号检测系统由数/模转化模块、模/数转化模块、调制解调模块、伺服控制模块、移频驱动模块以及低通滤波模块所组成；
[0014]第一个环形器的1端口与宽谱光源相连，第一个环形器的2端口与第一个推挽式Y分支的输入端相连，第一个环形器的3端口与第一个光电探测器相连，第一个推挽式Y分支的两个输出端口分别与第一个光纤环形谐振腔的两个耦合器的同侧输入端相连；第一个光纤环形谐振腔的两个耦合器的两个空置端口分别与第二个环形器和第三个环形器的1端口相连；第二个环形器的2端口与第二个推挽式Y分支的输入端口相连，第二个环形器的3端口与第二个光电探测器相连，第二个推挽式Y分支的两个输出端口分别与第二个光纤环形谐振腔的两个耦合器的同侧输入端相连；第三个环形器的2端口与第三个推挽式Y分支的输入端口相连，第三个环形器的3端口与第三个光电探测器相连，第三个推挽式Y分支的两个输出端口分别与第三个光纤环形谐振腔的两个耦合器的同侧输入端相连；
[0015]由调制解调模块生成的三个正弦波调制信号经过数/模转化模块后分别作用于第一个推挽式Y分支、第二个推挽式Y分支以及第三个推挽式Y分支上；第一个光电探测器、第二个光电探测器以及第三个光电探测器输出的三路电信号经过模/数转化模块后在调制解调模块被同步解调，解调信号的频率分别与施加至第一个推挽式Y分支、第二个推挽式Y分
支以及第三个推挽式Y分支的调制信号的频率相同；调制解调模块的三路解调输出信号发送至伺服控制模块，伺服控制模块的输出信号输出至移频驱动模块和低通滤波模块，移频驱动模块的三路输出信号经过数/模转化模块后分别作用于三个推挽式Y分支，低通滤波模块的三路输出信号则被数据记录仪采集，分别作为三轴陀螺仪系统的三个轴向的陀螺输出。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽谱光源复用的小型化三轴谐振式光纤陀螺仪的开环检测系统，其特征在于，它包括光学系统和信号检测系统，所述光学系统由一个宽谱光源、三个推挽式Y分支、三个环形器、三个透射式光纤环形谐振腔以及三个光电探测器所构成，所述信号检测系统由数/模转化模块、模/数转化模块、调制解调模块、以及低通滤波模块所组成；第一个环形器的1端口与宽谱光源相连，第一个环形器的2端口与第一个推挽式Y分支的输入端相连，第一个环形器的3端口与第一个光电探测器相连，第一个推挽式Y分支的两个输出端口分别与第一个光纤环形谐振腔的两个耦合器的同侧输入端相连；第一个光纤环形谐振腔的两个耦合器的两个空置端口分别与第二个环形器和第三个环形器的1端口相连；第二个环形器的2端口与第二个推挽式Y分支的输入端口相连，第二个环形器的3端口与第二个光电探测器相连，第二个推挽式Y分支的两个输出端口分别与第二个光纤环形谐振腔的两个耦合器的同侧输入端相连；第三个环形器的2端口与第三个推挽式Y分支的输入端口相连，第三个环形器的3端口与第三个光电探测器相连，第三个推挽式Y分支的两个输出端口分别与第三个光纤环形谐振腔的两个耦合器的同侧输入端相连；由调制解调模块生成的三个正弦波调制信号经过数/模转化模块后分别作用于第一个推挽式Y分支、第二个推挽式Y分支以及第三个推挽式Y分支上；第一个光电探测器、第二个光电探测器以及第三个光电探测器输出的三路电信号经过模/数转化模块后在调制解调模块被同步解调，解调信号的频率分别与施加至第一个推挽式Y分支、第二个推挽式Y分支以及第三个推挽式Y分支的调制信号的频率相同；调制解调模块的三路解调输出信号经过低通滤波器模块后，被数据记录仪采集，分别作为三轴陀螺仪系统的三个轴向的陀螺输出。2.根据权利要求1所述的宽谱光源复用的小型化三轴谐振式光纤陀螺仪的开环检测系统，其特征在于，所述第一个环形器、第一个推挽式Y分支、第一个光纤环形谐振腔以及第一个光电探测器构成第一个轴的陀螺仪；所述第二个环形器、第二个推挽式Y分支、第二个光纤环形谐振腔以及第二个光电探测器构成第二个轴的陀螺仪；所述第三个环形器、第三个推挽式Y分支、第三个光纤环形谐振腔以及第三个光电探测器构成第三个轴的陀螺仪；仅利用一个宽谱光源实现对上述三个陀螺仪的驱动，且无需添加额外的光学元件。3.根据权利要求1所述的宽谱光源复用的小型化三轴谐振式光纤陀螺仪的开环检测系统，其特征在于，所述施加至第一个推挽式Y分支上调制信号的频率与施加至第二个推挽式Y分支和第三个推挽式Y分支上调制信号的频率不同。4.根据权利要求1所述的宽谱光源复用的小型化三轴谐振式光纤陀螺仪的开环检测系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：马慧莲，刘霜，胡俊熠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：