專利名稱：雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學傳感以及信號檢測技術領域，尤其涉及一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺。
背景技術：
諧振式光學陀螺(Resonator Optic Gyro，ROG)是利用光學Sagnac效應實現對轉動檢測的一種高精度的微型慣性傳感器。無振動部件的諧振式光學陀螺具有小型化，精度高，抗震動等優(yōu)點。相比微機械陀螺(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)和光纖陀螺(Interferometric Fiber Optical Gyroscope，IF0G)，ROG 將具有更大的優(yōu)勢。在ROG中最常見的鎖定方式是單路鎖定，即將激光器中心頻率鎖定在其中一路諧振頻率上，另一路的輸出即為陀螺信號輸出，但是單路鎖定存在的問題是環(huán)路帶寬較窄，陀螺輸出線性度較小；雙路閉環(huán)在ROG中也有一定應用，但是現有的提出的雙路閉環(huán)方案中并沒有構建一個相對互易的結構，使得沒有很好地抑制互易性噪聲。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，提供一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺。一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺包括由可調諧激光器、光學分路器、第一移頻器、第二移頻器、第一調制器、第二調制器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二反饋鎖定模、第三反饋鎖定模塊構成的處理電路，可調諧激光器與光學分路器相連，光學分路器分別與第一移頻器和第二移頻器相連，第一移頻器、第一調制器、光學諧振腔順次相連，第二移頻器、第二調制器、光學諧振腔順次相連，光學環(huán)形諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊順次相連，調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二移頻器順次相連，調制解調模塊、加法器、第三反饋鎖定模塊、激光器順次相連， 調制解調模塊、第二反饋鎖定模塊、第一移頻器順次相連，調制解調模塊與加法器相連，第一移頻器和第二移頻器的移頻量作差作為陀螺輸出信號。一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺包括由可調諧激光器、光學分路器、第一移頻器、 第二移頻器、第一調制器、第二調制器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二反饋鎖定模、第三反饋鎖定模塊構成的處理電路， 可調諧激光器與光學分路器相連，光學分路器分別與第一調制器和第二調制器相連，第一調制器、第一移頻器、光學諧振腔順次相連，第二調制器、第二移頻器、光學諧振腔順次相連，光學環(huán)形諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊順次相連，調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二移頻器順次相連，調制解調模塊、加法器、第三反饋鎖定模塊、激光器順次相連， 調制解調模塊、第二反饋鎖定模塊、第一移頻器順次相連，調制解調模塊與加法器相連，第一移頻器和第二移頻器的移頻量作差作為陀螺輸出信號?！N雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺包括可調諧激光器、光學分路器、調制器、第一移頻器、第二移頻器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二反饋鎖定模、第三反饋鎖定模塊構成的處理電路，可調諧激光器、調制器、光學分路器順次相連，光學分路器分別與第一移頻器和第二移頻器相連，第一移頻器與第二移頻器同時與光學諧振腔相連，光學環(huán)形諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊順次相連，調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二移頻器順次相連，調制解調模塊、加法器、第三反饋鎖定模塊、激光器順次相連，調制解調模塊、第二反饋鎖定模塊、第一移頻器順次相連， 調制解調模塊與加法器相連，第一移頻器和第二移頻器的移頻量作差作為陀螺輸出信號。一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺包括由可調諧激光器、光學分路器、第一調制移頻器、第二調制移頻器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、 第一反饋鎖定模塊、第二反饋鎖定模、第三反饋鎖定模塊構成的處理電路，可調諧激光器與光學分路器相連，光學分路器分別與第一調制移頻器和第二調制移頻器相連，第一調制移頻器與第二調制移頻器同時與光學諧振腔相連，光學環(huán)形諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊順次相連，調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二移頻器順次相連，調制解調模塊、力口法器、第三反饋鎖定模塊、激光器順次相連，調制解調模塊、第二反饋鎖定模塊、第一移頻器順次相連，調制解調模塊與加法器相連，第一調制移頻器和第二調制移頻器的移頻量作差作為陀螺輸出信號。所述的第一移頻器和第二移頻器為聲光移頻器或光學相位調制器。所述的第一調制移頻器件和第二調制移頻器件為聲光移頻器或光學相位調制器。所述的光學諧振腔為光纖或者集成光學器件。所述的光學諧振腔的結構為透射式光學環(huán)形腔或反射式光學環(huán)形 腔。本發(fā)明與現有技術相比具有的有益效果
1)本發(fā)明提供的雙路閉環(huán)諧振式光學陀螺有利于提高諧振式光學陀螺的互易性，更好的消除互易性噪聲；
2)本發(fā)明提供的雙路閉環(huán)諧振式光學陀螺有利于提高陀螺系統的線性度和動態(tài)范
圍；
3)本發(fā)明提供的雙路閉環(huán)諧振式光學陀螺，同時可以將兩路光頻分別鎖在光學諧振腔對應的順時針和逆時針諧振點，使腔內的光功率基本相等，減小光學克爾噪聲。


圖1是雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺I型結構示意圖； 圖2是雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺II型結構示意圖3是雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺III型結構示意圖； 圖4是雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺IV型結構示意圖5是基于聲光移頻器反射式雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺具體實施案例示意圖； 圖6是雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺轉動時順時針和逆時針諧振頻率與激光器頻率關系示意圖中1、頻率可調激光器2、隔離器3、耦合器4、第一聲光移頻器5、第一相位調制器6、 第二聲光移頻器7、第二相位調制器8、第一壓控振蕩器9、第二壓控振蕩器10、第一信號源 11、第二信號源12、第一鎖相放大器13、第二鎖相放大器14、第一光電探測器15、第二光電探測器16、第一環(huán)形器17、第二環(huán)形器18、光學環(huán)形諧振腔芯片19、第一伺服回路20、第二伺服回路21、加法器22、第三伺服回路23、減法器24、數據記錄儀。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖來詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。如圖1所示，雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺I型包括由可調諧激光器、光學分路器、 第一移頻器、第二移頻器、第一調制器、第二調制器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二反饋鎖定模、第三反饋鎖定模塊構成的處理電路，可調諧激光器與光學分路器相連，光學分路器分別與第一移頻器和第二移頻器相連，第一移頻器、第一調制器、光學諧振腔順次相連，第二移頻器、第二調制器、光學諧振腔順次相連，光學環(huán)形諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊順次相連，調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二移頻器順次相連，調制解調模塊、加法器、第三反饋鎖定模塊、激光器順次相連，調制解調模塊、第二反饋鎖定模塊、第一移頻器順次相連，調制解調模塊與加法器相連，第一移頻器和第二移頻器的移頻量作差作為陀螺輸出信號。如圖2所示，雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺II型包括由可調諧激光器、光學分路器、 第一移頻器、第二移頻器、第一調制器、第二調制器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二反饋鎖定模、第三反饋鎖定模塊構成的處理電路，可調諧激光器與光學分路器相連，光學分路器分別與第一調制器和第二調制器相連，第一調制器、第一移頻器、光學諧振腔順次相連，第二調制器、第二移頻器、光學諧振腔順次相連，光學環(huán)形諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊順次相連，調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二移頻器順次相連，調制解調模塊、加法器、第三反饋鎖定模塊、激光器順次相連，調制解調模塊、第二反饋鎖定模塊、第一移頻器順次相連，調制解調模塊與加法器相連，第一移頻器和第二移頻器的移頻量作差作為陀螺輸出信號。如圖3所示，雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺III型包括可調諧激光器、光學分路器、調制器、第一移頻器、第二移頻器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二反饋鎖定模、第三反饋鎖定模塊構成的處理電路，可調諧激光器、調制器、光學分路器順次相連，光學分路器分別與第一移頻器和第二移頻器相連， 第一移頻器與第二移頻器同時與光學諧振腔相連，光學環(huán)形諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊順次相連，調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二移頻器順次相連，調制解調模塊、 加法器、第三反饋鎖定模塊、激光器順次相連，調制解調模塊、第二反饋鎖定模塊、第一移頻器順次相連，調制解調模塊與加法器相連，第一移頻器和第二移頻器的移頻量作差作為陀螺輸出信號。如圖4所示，雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺IV型包括由可調諧激光器、光學分路器、 第一調制移頻器、第二調制移頻器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、第一 反饋鎖定模塊、第二反饋鎖定模、第三反饋鎖定模塊構成的處理電路，可調諧激光器與光學分路器相連，光學分路器分別與第一調制移頻器和第二調制移頻器相連，第一調制移頻器與第二調制移頻器同時與光學諧振腔相連，光學環(huán)形諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊順次相連，調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二移頻器順次相連，調制解調模塊、加法器、第三反饋鎖定模塊、激光器順次相連，調制解調模塊、第二反饋鎖定模塊、第一移頻器順次相連，調制解調模塊與加法器相連，第一調制移頻器和第二調制移頻器的移頻量作差作為陀螺輸出信號。所述的第一移頻器和第二移頻器為聲光移頻器或光學相位調制器。所述的第一調制移頻器件和第二調制移頻器件為聲光移頻器或光學相位調制器。所述的光學諧振腔為光纖或者集成光學器件。所述的光學諧振腔的結構為透射式光學環(huán)形腔或反射式光學環(huán)形
腔。
如圖5所示，我們給出了一種聲光移頻器實現移頻器件，用光相位調制器實現光學調制器，用信號源和鎖相放大器來實現調制解調模塊的具體實施案例。如圖6所示，我們給出了雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺轉動時順時針和逆時針諧振頻率與激光器頻率關系示意圖，其中順時針和逆時針的諧振頻率以激光器頻率為中心，分別向相反方向的移開由轉動引入的二分之一的移頻量。在雙路閉環(huán)諧振式光學陀螺中具體實現方式由以下描述
頻率可調激光器發(fā)出的激光經隔離器和耦合器后分為等功率的兩束光順時針路和逆時針路。順時針路激光分別經移頻器件移頻，這里移頻器件可以由聲光移頻器或者相位調制器等實現，然后進入調制解調模塊對光進行調制再由環(huán)形器輸入到光學環(huán)形諧振腔，這里的光學環(huán)形諧振腔可以是任何一種可以構成諧振腔的器件和形式，包括透射式的和反射式的光纖，集成光學器件等，調制可以由信號源儀器或者電路實現，在腔內形成順時針諧振光后由環(huán)形器輸入到光電探測器進行光電轉換，再經調制解調模塊解調，解調模塊可由鎖相放大器實現，最后將解調輸出經伺服回路去控制之前光路所經移頻器移頻量控制，實現順時針路移頻器環(huán)路鎖定；逆時針路激光同理實現順時針路移頻器環(huán)路鎖定。激光器的鎖定較之于之前的單路鎖定進行了改進，單路鎖定僅用一路解調輸出去將激光器頻率鎖定在其中一個方向的諧振頻率，而在這里我們采用了將兩路解調輸出相加后經反饋鎖定模塊再去控制激光器，這樣在陀螺靜止狀態(tài)時，激光器頻率，順時針和逆時針諧振頻率都在同一頻率點上，當陀螺有轉動時，順時針和逆時針的諧振頻率就變成以激光器頻率為中心零值等值且正負不同的兩個諧振頻率，這樣使得陀螺系統更加對稱，可以更好地去消除互易性噪聲。其中加法器和三路反饋鎖定回路可由電路或儀器實現。本發(fā)明由兩路攜帶有陀螺轉動信息的解調輸出信號，分別經兩個反饋鎖定模塊改變兩路移頻器移頻量；同時這兩路信號相加后經第三反饋鎖定模塊控制激光器頻率，將其鎖定在諧振腔順時針和逆時針光路諧振頻率的中心點。同時，陀螺轉動信號輸出就應該從兩路移頻器的移頻量作差去讀取。這樣通過構建了陀螺順時針和逆時針兩路對稱的結構和對稱的陀螺信號檢測方式，從而更好消除互易性噪聲，獲得陀螺系統的更好的線性度和更大的動態(tài)范圍，同時減小克爾噪聲。需要指出的是，該實施例中應用的移頻器件、調制解調方式、光學諧振腔應包括任何一種可應用于諧振式光學陀螺中的移頻器、調制解調方式和光學諧振腔，并且調制器是可以在系統中的不同位置，如上述各型實現方式所示。也就是說，在本實施例的基礎上僅對移頻器、調制解調方式和光學諧振腔、以及調制器的位置作出的改動，都應該落入本發(fā)明相應的權利要求保護范圍內。
權利要求
1.一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺，其特征在于包括由可調諧激光器、光學分路器、第一移頻器、第二移頻器、第一調制器、第二調制器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二反饋鎖定模、第三反饋鎖定模塊構成的處理電路，可調諧激光器與光學分路器相連，光學分路器分別與第一移頻器和第二移頻器相連，第一移頻器、第一調制器、光學諧振腔順次相連，第二移頻器、第二調制器、光學諧振腔順次相連，光學環(huán)形諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊順次相連，調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二移頻器順次相連，調制解調模塊、加法器、第三反饋鎖定模塊、激光器順次相連，調制解調模塊、第二反饋鎖定模塊、第一移頻器順次相連，調制解調模塊與加法器相連。
2.一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺，其特征在于包括由可調諧激光器、光學分路器、第一移頻器、第二移頻器、第一調制器、第二調制器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二反饋鎖定模、第三反饋鎖定模塊構成的處理電路，可調諧激光器與光學分路器相連，光學分路器分別與第一調制器和第二調制器相連，第一調制器、第一移頻器、光學諧振腔順次相連，第二調制器、第二移頻器、光學諧振腔順次相連，光學環(huán)形諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊順次相連，調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二移頻器順次相連，調制解調模塊、加法器、第三反饋鎖定模塊、激光器順次相連，調制解調模塊、第二反饋鎖定模塊、第一移頻器順次相連，調制解調模塊與加法器相連。
3.—種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺，其特征在于包括可調諧激光器、光學分路器、調制器、第一移頻器、第二移頻器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二反饋鎖定模、第三反饋鎖定模塊構成的處理電路，可調諧激光器、調制器、光學分路器順次相連，光學分路器分別與第一移頻器和第二移頻器相連，第一移頻器與第二移頻器同時與光學諧振腔相連，光學環(huán)形諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊順次相連，調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二移頻器順次相連，調制解調模塊、力口法器、第三反饋鎖定模塊、激光器順次相連，調制解調模塊、第二反饋鎖定模塊、第一移頻器順次相連，調制解調模塊與加法器相連。
4.一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺，其特征在于包括由可調諧激光器、光學分路器、 第一調制移頻器、第二調制移頻器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二反饋鎖定模、第三反饋鎖定模塊構成的處理電路，可調諧激光器與光學分路器相連，光學分路器分別與第一調制移頻器和第二調制移頻器相連，第一調制移頻器與第二調制移頻器同時與光學諧振腔相連，光學環(huán)形諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊順次相連，調制解調模塊、第一反饋鎖定模塊、第二移頻器順次相連，調制解調模塊、加法器、第三反饋鎖定模塊、激光器順次相連，調制解調模塊、第二反饋鎖定模塊、第一移頻器順次相連，調制解調模塊與加法器相連。
5.根據權利要求1、2或3所述的一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺，其特征在于第一移頻器和第二移頻器的移頻量作差作為陀螺的輸出信號。
6.根據權利要求4所述的一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺，其特征在于第一調制移頻器和第二調制移頻器的移頻量作差作為陀螺的輸出信號。
7.根據權利要求1、2或3所述的一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺，其特征在于所述的第一移頻器和第二移頻器為聲光移頻器或光學相位調制器。
8.根據權利要求4所述的一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺，其特征在于所述的第一調制移頻器件和第二調制移頻器件為聲光移頻器或光學相位調制器。
9.根據權利要求1、2、3或4所述的一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺，其特征在于所述的光學諧振腔為光纖或者集成光學器件。
10.根據權利要求1、2、3或4所述的一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺，其特征在于所述的光學諧振腔的結構為透射式光學環(huán)形腔或反射式光學環(huán)形腔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙路閉環(huán)的諧振式光學陀螺。它包括由可調諧激光器、光學分路器、光學移頻器、光學調制器、光學諧振腔、光電轉換模塊等構成的光學系統，以及由調制解調模塊、反饋鎖定模塊構成的處理電路。本發(fā)明由處理電路提取兩路攜帶有陀螺轉動信息的信號，分別經兩個反饋鎖定模塊改變兩路移頻器移頻量；同時這兩路信號相加后經第三反饋鎖定模塊控制激光器頻率，將其鎖定在諧振腔順時針和逆時針光路諧振頻率的中心點；最后通過對兩路移頻器移頻量輸出作差得到陀螺信號。本發(fā)明有利于提高諧振式光學陀螺的互易性，更好消除互易性噪聲；有利于提高陀螺系統線性度和動態(tài)范圍；有利于減小腔內順時針和逆時針光路的光功率差，減小光學克爾噪聲。
文檔編號G01C19/68GK102331258SQ201110194109
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權日2011年7月12日
發(fā)明者張顧洪, 金仲和, 馬慧蓮 申請人:浙江大學