本发明专利技术涉及光纤Sagnac(萨格纳克)干涉仪以及用于控制光纤萨格纳克干涉仪的方法。对于光纤萨格纳克干涉仪，模拟/数字转换器(2)的输出为第一字宽，并由此使得在主控制电路中进行处理的输出信号以及相位调制用的相位复位信号均为第一字宽。数字/模拟转换器(3)的输入为比第一字宽小的第二字宽，并由此使得作用于相位调制器的复位信号也为第二字宽，其中按第二字宽来计算调制复位信号。可以根据剩余的低值比特来获得第三字宽的残值信号，并经由加法器将该残值信号与模拟/数字转换器的输出信号相加。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光纤Sagnac (萨格纳克)干涉仪以及一种用于控制光纤萨格纳克干涉仪的方法。
技术介绍
光纤萨格纳克干涉仪通常用于航空器和水运工具，但也可以用于陆运工具。光纤萨格纳克干涉仪的优点在于当获知移动速度时能够自主确定空间中的位置，从而允许精确确定车辆的位置。因此，没有必要例如经由GPS信号或经由卫星通信从外部提供相应的定向用数据。在大多数情况下，光纤萨格纳克干涉仪是惯性导航系统的组成部分，利用光纤萨格纳克干涉仪可以确定物体在空间中的位置或旋转运动。基于以惯性导航系统的三个空间 轴为基准所记录的作用于物体的转动速度和加速度来进行这种确定。通过获知特定时间段内作用于物体的转动速度和加速度，可以精确地确定物体相对于初始位置的位置。当准确得知初始位置时，还总是可以确定物体在空间中的当前绝对位置。可以以多种方式来实现惯性导航系统，原则上检测作用于物体的转动速度和加速度构成位置确定的基础。代替机械效应，惯性导航系统还可以利用光学效应。这种惯性导航系统可以基于至少一个光纤萨格纳克干涉仪。光纤萨格纳克干涉仪利用萨格纳克效应，根据萨格纳克效应，响应于光学光纤光导环绕其法线的转动，在光纤光导环中以相反方向行进的两个光波之间出现相位差。当观察从光纤光导环发出并叠加后的以相反方向行进的两个光波的光时，在转动期间可以看到强度变化，并可以利用将该强度变化描述为两个光波的相位差的函数的干涉仪特性曲线来说明该强度变化。优选地，针对物体绕三个空间轴之一的可能转动均设置萨格纳克干涉仪，以使得相应的惯性系统包含三个萨格纳克干涉仪，并且这三个萨格纳克干涉仪的转动敏感轴在各情况下均相互垂直。当然，经由两个或三个萨格纳克干涉仪的相应分量可以检测到绕不与任一空间轴相一致的轴的转动。光纤萨格纳克干涉仪的相移与转动速度、光纤光导环或光纤光导线圈中光路的路径长度以及圆形光路的直径直接成正比。另外，该相移与所使用的光的波长成反比。上述描述用作确定转动用的观察变量的光强度相对于相位差的相关性的干涉仪特性曲线呈余弦形状。由于余弦曲线的最大值的相应传递函数对小输入值不敏感并且无法确定与转动方向相对应的相移的代数符号这一事实，因此经常将萨格纳克干涉仪的工作点调整为位于余弦函数的最大斜率点。对此，例如可采用正弦调制或方波调制。因而，确保了干涉仪对小的旋转运动的最大灵敏度。通常，响应于数字/模拟转换器所进行的处理而产生了因量化性能有限所引起的噪声(还被称为量化噪声)。量化噪声会妨碍高度精确的转动速度测量。专利文献US 20100026535A1公开了一种光纤萨格纳克干涉仪，其中模拟/数字转换器的信号被划分成MSB (最高有效位)或LSB (最低有效位)部分。并行的数字/模拟转换器将所划分出的23比特的MSB/LSB数据转换成模拟信号，由此使得MSB信号和LSB信号可以组合起来控制集成的光学芯片。所输出的MSB信号和LSB信号输入至放大器电路,并在放大器电路出组合成具有23比特精度的模拟信号。
技术实现思路
本专利技术的基本目的是提供一种光纤萨格纳克干涉仪，其能够有效地使因数字/模拟转换器进行的量化所引起的噪声最小，并且即使在转动速度非常低的情况下也可以执行高度精确的转动速度测量。本专利技术的该目的通过根据专利权利要求I所述的主题得以解决。另外，本专利技术的该目的通过根据专利权利要求11所述的主题得以解决。在各个从属权利要求中具体说明了本专利技术的其它实施例。根据本专利技术的一种光纤萨格纳克干涉仪，包括光源、偏光器、光纤线圈、光检测器装置、包含下游所连接的模拟/数字转换器的放大器、数字/模拟转换器、评价电路、加法器以及相位调制器。例如，光纤环形干涉仪配置与光纤萨格纳克干涉仪同义。因而，优选光源能够发出波长可以确定的光。如上所述以及如以下将更详细地说明，要确定细微的相移。所 谓的超发光二极管(SLD)经常用作光纤萨格纳克干涉仪的光源，这是因为SLD与激光光源相比光学带宽较高并因而相干长度较短。相干长度较短(通常为25 pm)的优点在于有用信号与在例如反射位置或散射位置处产生的其它光信号不相干。偏光器用于对光源的光进行偏振。光纤线圈与上述的光纤光导线圈相对应并且基本上包括缠绕成线圈的光纤。光纤例如可以是微结构光纤或微结构光纤组，以使得该光纤构成光导材料的全部或仅一部分。光检测器装置用于将入射光转换成电信号，以使得电信号例如包含与光强度、波长、干涉或干涉信号、或者相移有关的信息。相位调制器配置在光纤线圈的上游，并且用于对光束的相位进行调制。来自光源的由偏光器进行了偏振且通过光束分割所产生的两个光束可以以相反方向射入光纤线圈，并随后可以重新组合。例如，对此可使用包括镜或半透半反镜的配置，以使得从光源发出光束，对该光束进行分割从而最终可得到来自该光源的两个光束，并且这两个光束以彼此相反的方式射入光纤线圈。然而，通常利用集成光学组件来实现这整个设计、具体为实现光束分割和光束组合以及相位调制。可以利用配置在光纤线圈内的相位调制器来彼此独立地对来自光源的这两个光束进行调制。因而，可以利用相位调制器来改变这两个光束之一或全部的相位，这与这两个光束相对于彼此的相移相对应。可将通过重新组合光束所产生的干涉信号提供给光检测器装置，从而可利用该光检测器装置提供与干涉信号的光强度相对应的信号。可将该信号提供给包括下游所连接的模拟/数字转换器的放大器。可以在评价电路中对该模拟/数字转换器的输出信号进行处理。可以利用评价电路中的主控制电路产生数字相位复位信号，并且可以将该数字相位复位信号提供给数字/模拟转换器以获得作用于相位调制器的复位信号。如上所述，在光纤线圈内可以利用相位调制器来执行这两个光束的相移。通常，期望相位调制器对这两个光束的相移进行调整，以使得余弦形状的干涉仪特性曲线的工作点总是为最大强度的一半并因而位于该特性曲线的最大斜率点处。为了即使响应于干涉仪的旋转运动也总是对相应相移进行调整，产生复位信号以作用于相位调制器。基于光检测器装置输出的可提供给包括下游所连接的模拟/数据转换器的放大器的信号来产生该复位信号，同时该复位信号还指明了旋转运动的程度。为了更好地全面理解上述技术，将以不同的方式再次解释如下。光纤线圈内的各个光束或光信号自然全部存在于模拟域内。在评价电路中以数字域来对调制信号以及光检测器装置或主控制电路的信号进行处理。为了获得与相位调制有关的复位信号，在评价电路中产生调制信号。在数字/模拟转换器所进行的转换之后，将该调制信号作为复位信号来控制相位调制器、并因此简称为“陀螺仪”。此外，更简单地说，作为数字/模拟转换器的输出信号的复位信号以模拟形式通过干涉仪配置的模拟域或陀螺仪的路径，并然后作为与所接收到的两个光束组合的光强度成比例的信号到达解调器的输入。根据本专利技术，模拟/数字转换器的输出具有第一字宽，并因此使得在主控制电路中进行处理的输出信号以及相位复位信号均具有第一字宽。数字/模拟转换器的输入具有第二字宽，并因此使得作用于相位调制器的调制复位信号也具有第二字宽。字宽是根据数 字信号所包含的比特数得出的，并因而与表示数字信号的比特可以采用的位置的数量相对应。还产生第三字宽的残值信号，该残值信号可以经由加法器与模拟/数字转换器的输出信号相加。然而，特别地，由于数字/模拟转换器的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光纤萨格纳克干涉仪的控制方法，所述光纤萨格纳克干涉仪包括光源、偏光器、光纤线圈(1)、光检测器装置、包含下游所连接的模拟/数字转换器(2)的放大器、数字/模拟转换器(3)、评价电路、加法器(5)以及相位调制器，其中来自所述光源的由所述偏光器进行了偏光且通过光束分割所产生的两个光束以相反方向射入所述光纤线圈(1)，然后重新组合，通过重新组合所述两个光束所产生的干涉信号在通过所述偏光器之后输入所述光检测器装置，利用所述光检测器装置提供与所述干涉信号的光强度相对应且要提供给包括下游所连接的模拟/数字转换器(2)的所述放大器的信号，并在所述评价电路中对所述放大器的输出信号进行处理，以及利用所述评价电路中的主控制电路产生数字相位复位信号，并将所述数字相位复位信号提供给所述数字/模拟转换器(3)以获得作用于所述相位调制器的复位信号，其特征在于，所述模拟/数字转换器(2)的输出具有第一字宽，并由此使得在所述主控制电路中进行处理的输出信号以及所述相位复位信号均具有第一字宽；所述数字/模拟转换器(3)的输入具有比所述第一字宽小的第二字宽，并由此使得作用于所述相位调制器的复位信号也具有第二字宽，其中在所述主控制电路的数字部分中以所述第二字宽来计算调制复位信号，其中，产生能够经由所述加法器(5)与所述模拟/数字转换器(2)的输出信号相加的具有第三字宽的残值信号，其中，所述第三字宽与所述评价电路计算出的、因所述数字/模拟转换器(3)仅具有受限的较小字宽而无法提供给所述数字/模拟转换器(3) 的剩余低值比特的数量相对应。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：O·德彼瑞保德，
申请(专利权)人：诺思罗普·格鲁曼·利特夫有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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