一种互易结构3制造技术

本说明书涉及光纤陀螺技术领域，公开了一种互易结构3

【技术实现步骤摘要】
一种互易结构3
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3光纤陀螺及其使用方法


[0001]本文件光纤陀螺
，尤其涉及一种互易结构3
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3光纤陀螺及其使用方法。

技术介绍

[0002]3×
3光纤陀螺在1980年被首次提出，该方案利用3
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3耦合器自身的耦合相移引入相位偏置，可构成一种简单结构全光纤开环光纤陀螺，取消了典型结构中相位调制器件的使用，实现了陀螺成本的大幅降低，具有低成本、便于小型化等优势，是低成本光纤陀螺的主要发展方向之一，具有重要的实际应用价值。
[0003]目前已有的3
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3光纤陀螺方案为非互易结构，利用3
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3光纤陀螺中的后向非互易端输出信号以及前向参考端输出信号对角速度进行解调，由于参考端信号中不包含光纤环路损耗因子等非互易端信号中的共模干扰信息，因此无法通过差分运算完全消除共模干扰的影响，抗干扰性较差。典型方案通过三角函数运算实现角速度的解调，在标定和解算过程中涉及计算量较大且不适用于数字信号处理。因此典型的非互易结构3
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3光纤陀螺存在抗干扰性差、解算复杂的问题，且未考虑温度变化对测试结果带来的影响，环境适应性较差，是影响3
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3光纤陀螺实用化的主要原因之一。
[0004]针对上述问题，本专利技术提出了一种互易结构的3
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3光纤陀螺，基于互易端和非互易端输出信号，引入温度变量，建立了全温范围内的多项式解调模型，该模型符合数字信号处理的要求，能很好抑制光纤环路共模干扰以及温度变化的影响，提高了陀螺的环境适应性，构成一种低成本高性能的新型光纤陀螺。

技术实现思路

[0005]本说明书提供了一种互易结构3
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3光纤陀螺，用以解决典型的非互易结构3
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3光纤陀螺存在抗干扰性差、解算复杂、且未考虑温度变化对测试结果带来的影响，环境适应性较差、实用性受限的问题。所述互易结构3
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3光纤陀螺包括：
[0006]宽谱光源1、第一光电探测器D1 2、第二光电探测器D2 9、第三光电探测器D3 8、2
×
2耦合器3、3
×
3耦合器4、消偏器5、单模光纤环6、温度传感器7和信号处理模块10；
[0007]所述宽谱光源1与2
×
2耦合器3的端口d连接；
[0008]2×
2耦合器3的端口e连接3
×
3耦合器4的端口a1，2
×
2耦合器3的端口f连接第三光电探测器D3 8，2
×
2耦合器3的端口g空置；
[0009]3×
3耦合器4的端口b1和端口c1分别与第一光电探测器D1 2和第二光电探测器D2 9连接，3
×
3耦合器4的端口b2通过所述消偏器5连接至单模光纤环6的第一端，3
×
3耦合器4的端口c2连接至单模光纤环6的第二端，3
×
3耦合器4的端口a2空置；
[0010]温度传感器7，设置于3
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3耦合器4和单模光纤环6的同一温度场内；
[0011]所述第一光电探测器D1 2、第二光电探测器D2 9、第三光电探测器D3 8和温度传感器7分别连接信号处理模块10的不同输入端口；信号处理模块10的输出端口与宽谱光源1连接。
[0012]在一些优选的实施方式中，所述2
×
2耦合器3、3
×
3耦合器4、第一光电探测器D1 2、第二光电探测器D2 9和第三光电探测器D3 8构成互易结构3
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3光纤陀螺光路。
[0013]本专利技术的第二方面，提出一种互易结构3
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3光纤陀螺的使用方法，基于上述的互易结构3
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3光纤陀螺实施，所述使用方法包括：
[0014]步骤S100，获取互易结构3
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3光纤陀螺中的第一光电探测器D1 2、第二光电探测器D2 9和第三光电探测器D3 8的测量值；
[0015]步骤S200，基于所述第一光电探测器D1 2、第二光电探测器D2 9和第三光电探测器D3 8的测量值，输入多项式信号解算模型，计算角速度；
[0016]所述多项式信号解算模型，为通过多次测量不同温度在预设角速度下所述第一光电探测器D1 2、第二光电探测器D2 9和第三光电探测器D3 8的测量值，并拟合获得的计算模型。
[0017]在一些优选的实施方式中，所述方法具体为：
[0018]控制宽谱光源1输出第一光源信号；
[0019]第一光源信号经由所述2
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2耦合器3、3
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3耦合器4分解为第一光束和第二光束；
[0020]第一光束和第二光束分别沿顺/逆时针方向同时输入单模光纤环6的第一端/单模光纤环6的第二端，绕行一周后分别从单模光纤环的第二端/单模光纤环的第一端获得第三光束和第四光束；
[0021]所述第三光束和第四光束回到所述3
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3耦合器4并发生干涉，在3
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3耦合器4的端口b1和端口c1分别输出第一干涉光P1和第二干涉光P2，在3
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3耦合器4的第一端口a1输出干涉信号经过2
×
2耦合器3的端口e输出第三干涉光P3；
[0022]第一干涉光P1、第二干涉光P2和第三干涉光P3分别经由第一光电探测器D1 2、第二光电探测器D2 9和第三光电探测器D3 8传输至信号处理模块10；
[0023]温度传感器7实时采集3
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3耦合器4和单模光纤环6的温度T并传输至信号处理模块10；
[0024]信号处理模块10基于第一干涉光P1、第二干涉光P2、第三干涉光P3和温度T建立多项式信号解算模型计算角速度。
[0025]在一些优选的实施方式中，所述多项式信号解算模型，具体为：
[0026][0027]其中，Ω
′
表示陀螺所敏感角速度的解算值，c1、c2、c3、c4、c5和c6为通过标定统计获得的系数，其中，c2、c4和c6为温度无关项系数，c1、c3和c5为温度相关项补偿系数，T0表示第一基准温度值，T表示温度测量值。
[0028]在一些优选的实施方式中，所述方法还包括多项式信号解算模型标定的步骤，具体为：
[0029]在设定的第一基准温度T0下，通过所述互易结构3
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3光纤陀螺记录测量范围内多个已知角速度输入时测得的第一干涉光P1、第二干涉光P2、第三干涉光P3；
[0030]设定T＝T0，向所述多项式信号解算模型输入第一干涉光P1、第二干涉光P2、第三干涉光P3，将已知角速度作为Ω，通过最小二乘法拟合获得温度无关项系数c2、c4和c6的标定值；
[0031]在设定的第二基准温度T1下，通过所述互易结构3
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种互易结构3
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3光纤陀螺，其特征在于，所述陀螺包括：宽谱光源(1)、第一光电探测器D1(2)、第二光电探测器D2(9)、第三光电探测器D3(8)、2
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2耦合器(3)、3
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3耦合器(4)、消偏器(5)、单模光纤环(6)、温度传感器(7)和信号处理模块(10)；所述宽谱光源(1)与2
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2耦合器(3)的端口d连接；2
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2耦合器(3)的端口e连接3
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3耦合器(4)的端口a1，2
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2耦合器(3)的端口f连接第三光电探测器D3(8)，2
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2耦合器(3)的端口g空置；3
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3耦合器(4)的端口b1和端口c1分别与第一光电探测器D1(2)和第二光电探测器D2(9)连接，3
×
3耦合器(4)的端口b2通过所述消偏器(5)连接至单模光纤环(6)的第一端，3
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3耦合器(4)的端口c2连接至单模光纤环(6)的第二端，3
×
3耦合器(4)的端口a2空置；温度传感器(7)，设置于3
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3耦合器(4)和单模光纤环(6)的同一温度场内；所述第一光电探测器D1(2)、第二光电探测器D2(9)、第三光电探测器D3(8)和温度传感器(7)分别连接信号处理模块(10)的不同输入端口；信号处理模块(10)的输出端口与宽谱光源(1)连接。2.根据权利要求1所述的互易结构3
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3光纤陀螺，其特征在于，所述2
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2耦合器(3)、3
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3耦合器(4)、第一光电探测器D1(2)、第二光电探测器D2(9)和第三光电探测器D3(8)构成互易结构3
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3光纤陀螺光路。3.一种互易结构3
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3光纤陀螺的使用方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求1或2任一项的互易结构3
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3光纤陀螺实施，所述方法包括：步骤S100，获取互易结构3
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3光纤陀螺中的第一光电探测器D1(2)、第二光电探测器D2(9)和第三光电探测器D3(8)的测量值；步骤S200，基于所述第一光电探测器D1(2)、第二光电探测器D2(9)和第三光电探测器D3(8)的测量值，输入多项式信号解算模型，计算角速度；所述多项式信号解算模型，为通过多次测量不同温度在预设角速度下所述第一光电探测器D1(2)、第二光电探测器D2(9)和第三光电探测器D3(8)的测量值，并拟合获得的计算模型。4.根据权利要求3所述的互易结构3
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3光纤陀螺的使用方法，其特征在于，所述方法具体为：控制宽谱光源(1)输出第一光源信号；第一光源信号经由所述2
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2耦合器(3)、3
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3耦合器(4)分解为第一光束和第二光束；第一光束和第二光束分别沿顺/逆时针方向同时输入单模光纤环(6)的第一端/单模光纤环(6)的第二端，绕行一周后分别从单模光纤环(6)的第二端/单模光纤环(6)的第一端获得第三光束和第四光束；所述第三光束和第四光束回到所述3
×
3耦合器(4)并发生干涉，在3
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3耦合器(4)的端口b1和端口c1分别输出第一干涉光P1和第二干涉光P2，在3
×
3耦合器(4)的端口a1输出干涉信号经过2
×
2耦合器(3)的端口e输出第三干涉光P3；第一干涉光P1、第二干涉光P2和第三干涉光P3分别经由第一光电探测器D1(2)、第二光电探测器D2(9)和第三光电探测器D3(8)传输至信号处理模块(10)；温度传感器(7)实时采集3
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3耦合器(4)和单模光纤环(6)的温度T并传输至信号处理
模块(10)；信号处理模块(10)基于第一干涉光P1、第二干涉光P2、第三干涉光P3和温度T建立多项式信号解算模型计算角速度。5.根据权利要求3所述的互易结构3
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3光纤陀螺的使用方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨远洪，王瑞琴，李帅，孙奕，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：