基于自干涉光纖環(huán)形諧振腔的光纖陀螺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖陀螺的技術(shù)領(lǐng)域，具體說就是一種基于自干涉光纖環(huán)形諧振腔的光纖陀螺。
【背景技術(shù)】
[0002]1976年，美國Utah大學(xué)的V.Vali和R.ff.Shorthill成功研制了第一個光纖陀螺，光纖陀螺一問世就以其結(jié)構(gòu)簡單、啟動快、壽命長、功耗低、體積小等優(yōu)點，引起了廣泛的關(guān)注，并獲得了迅速地發(fā)展。干涉式光纖陀螺通常采用數(shù)百米或上千米的光纖環(huán)，通過探測光纖環(huán)中兩相向傳輸光波的干涉光強，獲得旋轉(zhuǎn)角速度。目前的干涉式光纖陀螺包含相位調(diào)制器件，通過在相位調(diào)制器件上加載電壓信號對光信號進行相位調(diào)制，才能分辨旋轉(zhuǎn)速度方向，這種分辨旋轉(zhuǎn)速度方向的方式增加了傳感系統(tǒng)的復(fù)雜性、引入了相應(yīng)的噪聲，降低了傳感的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服目前干涉式光纖陀螺必須對光信號進行相位調(diào)制才能分辨旋轉(zhuǎn)速度方向的問題，提出了一種基于自干涉光纖環(huán)形諧振腔的光纖陀螺，不包含相位調(diào)制器件，不對光信號進行相位調(diào)制就能分辨旋轉(zhuǎn)速度方向。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種基于自干涉光纖環(huán)形諧振腔的光纖陀螺，包括電壓信號源、激光器、隔離器、偏振控制器、第一光纖耦合器、光纖環(huán)、第二光纖耦合器、連導(dǎo)光纖、探測器和信號處理系統(tǒng)；電壓信號源的信號輸出端連接激光器的調(diào)制信號輸入端，激光器的光輸出端連接隔離器的光輸入端，隔離器的光輸出端連接偏振控制器的光輸入端，偏振控制器的光輸出端連接第一光纖耦合器的光輸入端，探測器的信號輸出端連接信號處理系統(tǒng)的信號輸入端，信號處理系統(tǒng)產(chǎn)生陀螺輸出信號，所述的光纖環(huán)連接第一光纖耦合器的第一光輸入輸出端、第二光輸入輸出端和第二光纖親合器的第一光輸入輸出端、第二光輸入輸出端，第一光纖親合器的第三光輸入輸出端連接連導(dǎo)光纖的第一光輸入輸出端，連導(dǎo)光纖的第二光輸入輸出端連接第二光纖耦合器的第三光輸入輸出端，第二光纖耦合器的光輸出端連接探測器的光輸入端，第二光纖耦合器輸出的光信號包含一個高透過率模式和兩個低透過率模式，由高透過率模式的透過率確定旋轉(zhuǎn)速度大小，通過比較兩個低透過率模式的透過率大小確定旋轉(zhuǎn)速度方向；第一光纖耦合器的耦合比與第二光纖耦合器的耦合比不同。
[0005]本發(fā)明還具有如下技術(shù)特征:
1、如上所述的第一光纖耦合器與第二光纖耦合器均是2 X 2光纖耦合器。
[0006]2、如上所述的電壓信號源輸出信號為三角波電壓信號，此三角波電壓信號加載到激光器的調(diào)制信號輸入端，用來調(diào)諧激光器輸出光的頻率。
[0007]本發(fā)明的效果和益處為:不包含相位調(diào)制器件，系統(tǒng)噪聲低，與傳統(tǒng)的干涉式光纖陀螺相比，傳感精度提升數(shù)倍。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是信號處理系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面根據(jù)說明書附圖舉例對本發(fā)明做進一步解釋:
實施例1
結(jié)合圖1-2所示，一種基于自干涉光纖環(huán)形諧振腔的光纖陀螺，包括電壓信號源1、激光器2、隔離器3、偏振控制器4、第一光纖耦合器5、光纖環(huán)6、第二光纖耦合器7、連導(dǎo)光纖8、探測器9和信號處理系統(tǒng)10;
電壓信號源I的信號輸出端連接激光器2的調(diào)制信號輸入端，激光器2的光輸出端連接隔離器3的光輸入端，隔離器3的光輸出端連接偏振控制器4的光輸入端，偏振控制器4的光輸出端連接第一光纖親合器5的光輸入端，光纖環(huán)6連接第一光纖親合器5的第一光輸入輸出端、第二光輸入輸出端和第二光纖親合器7的第一光輸入輸出端、第二光輸入輸出端，第一光纖耦合器5的第三光輸入輸出端連接連導(dǎo)光纖8的第一光輸入輸出端，連導(dǎo)光纖8的第二光輸入輸出端連接第二光纖親合器7的第三光輸入輸出端，第二光纖親合器7的光輸出端連接探測器9的光輸入端，探測器9的信號輸出端連接信號處理系統(tǒng)10的信號輸入端，信號處理系統(tǒng)1產(chǎn)生陀螺輸出信號；
所述光纖環(huán)6為光纖繞制的空心線圈；第一光纖耦合器5與第二光纖耦合器7均是2 X 2光纖耦合器;第一光纖耦合器5的耦合比與第二光纖耦合器7的耦合比不同；電壓信號源I輸出信號為三角波電壓信號。
[0011]所述信號處理系統(tǒng)10由低通濾波電路10-1、放大電路10-2、采集比較電路10-3組成；
探測器9的信號輸出端連接低通濾波電路10-1的信號輸入端，低通濾波電路10-1的信號輸出端連接放大電路10-2的信號輸入端，放大電路10-2的信號輸出端連接采集比較電路10-3的信號輸入端，米集比較電路10-3的信號輸出端輸出陀螺輸出信號。
[0012]工作原理:第一光纖親合器5、光纖環(huán)6、第二光纖親合器7、連導(dǎo)光纖8組成自干涉光纖環(huán)形諧振腔；電壓信號源I輸出信號為三角波電壓信號，此三角波電壓信號加載到激光器2的調(diào)制信號輸入端，用來調(diào)諧激光器2輸出光的頻率，激光器2的輸出光進入隔離器3，隔離器3對光信號單向?qū)?，可防止光信號反射回激光?，隔離器3的輸出光進入偏振控制器4，選擇光的偏振態(tài)，偏振控制器4的輸出光經(jīng)第一光纖親合器5后，進入光纖環(huán)6，光在光纖環(huán)6中發(fā)生諧振后分為兩束光，第一束光經(jīng)第一光纖耦合器5進入連導(dǎo)光纖8，由連導(dǎo)光纖8輸出經(jīng)第二光纖耦合器7后，進入光纖環(huán)6，在光纖環(huán)6中發(fā)生諧振后，經(jīng)第二光纖耦合器7，并由第二光纖耦合器7的光輸出端輸出，同時，第二束光經(jīng)第二光纖耦合器7進入連導(dǎo)光纖8，由連導(dǎo)光纖8輸出經(jīng)第一光纖親合器5后，進入光纖環(huán)6，在光纖環(huán)6中發(fā)生諧振后，經(jīng)第二光纖耦合器7，并由第二光纖耦合器7的光輸出端輸出，第一束光與第二束光在第二光纖耦合器7的光輸出端相遇并發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉光，由于不同光頻率經(jīng)過自干涉光纖環(huán)形諧振腔的諧振效果不同，干涉光的光譜包含一個高透過率模式和兩個低透過率模式，干涉光的光譜中高透過率模式的透過率隨旋轉(zhuǎn)速度的增大而增大，這樣，由高透過率模式的透過率確定旋轉(zhuǎn)速度大小；由于第一光纖親合器5的親合比與第二光纖親合器7的親合比不同，干涉光的光譜中兩個低透過率模式的透過率大小不同，如果第一光纖耦合器5的耦合比大于第二光纖耦合器7的耦合比，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度方向為逆時針時，第一個低透過率模式的透過率總是大于第二個低透過率模式的透過率，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度方向為順時針時，第一個低透過率模式的透過率總是小于第二個低透過率模式的透過率，相反地，如果第一光纖耦合器5的耦合比小于第二光纖耦合器7的耦合比，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度方向為逆時針時，第一個低透過率模式的透過率總是小于第二個低透過率模式的透過率，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度方向為順時針時，第一個低透過率模式的透過率總是大于第二個低透過率模式的透過率，這樣，當(dāng)?shù)谝还饫w耦合器5的耦合比與第二光纖耦合器7的耦合比確定后，通過比較兩個低透過率模式的透過率大小確定旋轉(zhuǎn)速度方向；第二光纖親合器7的光輸出端輸出的干涉光由探測器9探測、探測器9的輸出信號進入信號處理系統(tǒng)10，由信號處理系統(tǒng)10采集干涉光的光譜中一個高透過率模式和兩個低透過率模式的透過率，由高透過率模式的透過率確定旋轉(zhuǎn)速度大小，并比較兩個低透過率模式的透過率大小，進而確定旋轉(zhuǎn)速度方向，最后信號處理系統(tǒng)10輸出陀螺輸出信號，陀螺輸出信號包含旋轉(zhuǎn)速度大小及方向。
[0013]信號處理系統(tǒng)10的工作原理:探測器9的輸出信號進入低通濾波電路10-1，在低通濾波電路10-1中進行濾波后，進入放大電路10-2進行信號放大，然后進入采集比較電路10-3，在采集比較電路10-3中采集干涉光的光譜中一個高透過率模式和兩個低透過率模式的透過率，由高透過率模式的透過率確定旋轉(zhuǎn)速度大小，并比較兩個低透過率模式的透過率大小，進而確定旋轉(zhuǎn)速度方向，最后采集比較電路10-3輸出陀螺輸出信號，陀螺輸出信號包含旋轉(zhuǎn)速度大小及方向。
[0014]本實施例中第二光纖耦合器7輸出的光信號包含一個高透過率模式，由高透過率模式的透過率確定旋轉(zhuǎn)速度大小；
本實施例中第二光纖耦合器7輸出的光信號包含兩個低透過率模式，通過比較兩個低透過率模式的透過率大小確定旋轉(zhuǎn)速度方向；
本實施例中第一光纖耦合器5與第二光纖耦合器7均是2 X 2光纖耦合器；
本實施例中所述的第一光纖耦合器5的耦合比與第二光纖耦合器7的耦合比不同；
本實施例中所述的電壓信號源I輸出信號為三角波電壓信號，此三角波電壓信號加載到激光器2的調(diào)制信號輸入端，用來調(diào)諧激光器2輸出光的頻率。
【主權(quán)項】
1.一種基于自干涉光纖環(huán)形諧振腔的光纖陀螺，包括電壓信號源、激光器、隔離器、偏振控制器、第一光纖耦合器、光纖環(huán)、第二光纖耦合器、連導(dǎo)光纖、探測器和信號處理系統(tǒng)；電壓信號源的信號輸出端連接激光器的調(diào)制信號輸入端，激光器的光輸出端連接隔離器的光輸入端，隔離器的光輸出端連接偏振控制器的光輸入端，偏振控制器的光輸出端連接第一光纖耦合器的光輸入端，探測器的信號輸出端連接信號處理系統(tǒng)的信號輸入端，信號處理系統(tǒng)產(chǎn)生陀螺輸出信號，其特征在于:所述的光纖環(huán)連接第一光纖耦合器的第一光輸入輸出端、第二光輸入輸出端和第二光纖親合器的第一光輸入輸出端、第二光輸入輸出端，第一光纖耦合器的第三光輸入輸出端連接連導(dǎo)光纖的第一光輸入輸出端，連導(dǎo)光纖的第二光輸入輸出端連接第二光纖親合器的第三光輸入輸出端，第二光纖親合器的光輸出端連接探測器的光輸入端，第二光纖耦合器輸出的光信號包含一個高透過率模式和兩個低透過率模式，由高透過率模式的透過率確定旋轉(zhuǎn)速度大小，通過比較兩個低透過率模式的透過率大小確定旋轉(zhuǎn)速度方向；第一光纖耦合器的耦合比與第二光纖耦合器的耦合比不同。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自干涉光纖環(huán)形諧振腔的光纖陀螺，其特征在于:所述的第一光纖耦合器與第二光纖耦合器均是2 X 2光纖耦合器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自干涉光纖環(huán)形諧振腔的光纖陀螺，其特征在于:所述的電壓信號源輸出信號為三角波電壓信號，此三角波電壓信號加載到激光器的調(diào)制信號輸入端，用來調(diào)諧激光器輸出光的頻率。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于自干涉光纖環(huán)形諧振腔的光纖陀螺，包括電壓信號源、激光器、隔離器、偏振控制器、第一光纖耦合器、光纖環(huán)、第二光纖耦合器、連導(dǎo)光纖、探測器和信號處理系統(tǒng)，其中所述的光纖環(huán)、兩個耦合器和連導(dǎo)光纖組成自干涉光纖環(huán)形諧振腔，自干涉光纖環(huán)形諧振腔的輸出光譜包含一個高透過率模式和兩個低透過率模式，由高透過率模式的透過率可確定旋轉(zhuǎn)速度大小，同時通過比較兩個低透過率模式的透過率大小可分辨旋轉(zhuǎn)速度方向。本發(fā)明不包含相位調(diào)制器件，系統(tǒng)噪聲低，與傳統(tǒng)的干涉式光纖陀螺相比，傳感精度提升數(shù)倍。
【IPC分類】G01C19/72
【公開號】CN105547277
【申請?zhí)枴緾N201610126458
【發(fā)明人】田赫
【申請人】東北林業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年3月7日