专利名称：一种消除波长变化对标度因数影响的光纤陀螺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤陀螺，尤其是涉及一种消除波长变化对标度因数影响的光纤陀螺。
背景技术：
光纤陀螺是一种基于萨格纳克效应的传感器，通过检测旋转引起的萨格纳克相移，获取角速度信息。光纤陀螺的光源常采用宽谱光源，典型的有半导体超荧光光源(SLD) 和光纤光源(FLS)，其中半导体超荧光光源因其体积�。杀镜停惴河τ糜谥械途裙庀送勇葜�。在光纤陀螺众多关键指标之中，光纤陀螺标度因数是一个衡量光纤动态性能的指标。它包括标度因数非线性和标度因数重复性两个方面。理论上，光纤陀螺标度因数受到光纤陀螺的光纤环直径、光纤长度和光源中心波长的影响。其中光源中心波长影响最大，因为光纤环直径和光纤长度随环境的变化相比较小，并且有规律可寻。作为有源器件，光源的中心波长受不同环境因素影响，主要是环境温度因素。特别地，半导体超荧光光源因半导体器件的特性，其温度系数一般在400ppm/°C左右，光纤光源则因为泵浦光源和反馈器件的随温度变化而变化，温度系数在10ppm/°C左右。光源中心波长所发生的变化会直接影响光纤陀螺标度因数，限制了光纤陀螺的应用领域。为了解决光源变化对光纤陀螺标度因数稳定性的影响，常用的措施有三种一种是对光源进行恒温和恒流控制，保证光源环境温度稳定，以使其输出稳定的光功率。由于温控精度有限，该方法虽能改善光源中心波长的稳定性，但是仍不能满足标度因数IOppm以内的要求，并且在高低温下启动时间也会受到限制；另一种方法是对光纤陀螺标度因数环境特性进行标定，以便进行软件补偿。但是由于器件的差异性，需要对每个光纤陀螺进行标定，意味着巨大的工作量；还有一种方法是对光纤陀螺光源进行监测，即本专利采用的方法，在不明显增加光纤陀螺体积的前提下，在光源输出耦合的另一端检测光源谱型，得到实时的中心波长值，从而解决光纤陀螺标度因数随光源中心波长变化而变化，系统实现简单， 快速有效。
发明内容
针对光纤陀螺标度因数受到光源波长变化的影响，本发明的目的在于提供一种可消除光源波长变化对标度因数影响的光纤陀螺。该种光纤陀螺利用光源输出耦合的一个端口，对光源光谱中三个不同波长光功率进行检测，解算出实时的光源中心波长，进而对光纤陀螺标度因数进行修正。本发明所采用的技术方案的步骤如下光源发出的宽谱光经第一光纤耦合器，经相位调制器中分成两束相同的光，分别沿顺时针和逆时针在光纤环中传播后，返回至相位调制器，再经第一光纤耦合器耦合至第一光电探测器；第一光电探测器将光信号转换为电信号，经前置放大器放大滤波，Α/D转换
3器转换成数字信号后，中央处理器通过D/Α转换器控制相位调制器，产生调制波形和相位反�。⑹涑鐾勇菪藕�。光源发出的宽谱光分别经第一光纤耦合器，第二光纤耦合器，第三光纤耦合器，第四光纤耦合器耦合至第一光纤光栅，经第一光纤耦合器，第二光纤耦合器， 第三光纤耦合器，第五光纤耦合器耦合至第二光纤光栅，经第一光纤耦合器，第二光纤耦合器，第六光纤耦合器耦合至第三光纤光栅，第一光纤光栅，第二光纤光栅，第三光纤光栅的反射波长不同，相应的反射光，分别经第四光纤耦合器，第五光纤耦合器，第六光纤耦合器耦合至第二光电探测器，第三光电探测器，第四光电探测器；第二光电探测器，第三光电探测器，第四光电探测器将光信号转换为电信号，经前置放大器放大滤波，Α/D转换器转换成数字信号后，在中央处理器中计算出光源实时中心波长修正光纤陀螺标度因数。本发明具有的有益效果是本发明通过对光源光谱中三个波长的光强进行监测，计算出光源实时的中心波长，修正标度因数，消除了波长变化对光纤陀螺标度因数的影响，有效改善光纤陀螺标度因数的稳定性，降低了光纤陀螺对环境的要求，拓展了光纤陀螺的应用范围。
图I是本发明的整体结构图。图2是修正标度因数的流程图。图3是不同温度下光源的光谱图。图中1.光源，2、5、6、7.分别为第一、第二、第三、第四光电探测器，3.光纤环，
4.相位调制器,12、13、14、15、16、17.分别为第一、第一、第二、第三、第六、第四、第五光纤耦合器，8.前置放大器，9. Α/D转换器，10.中央处理器，11.D/A转换器，18、19、20.分别为第一、第二、第三光纤光栅，其中实线为光路，虚线为电路；21.预标定，22.计算实时中心波长，23.标度因数修正；24.是常温下光源光谱图，25.是39°C时的光源光谱图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。发明原理光纤陀螺仪通常采用一个宽谱光源，有益于减小背向散射和偏振误差等误差，其标度因数K如下所示，其中L为光纤长度，λ为宽谱光源的中心波长，c为光速，D为光纤环直径。半导体超荧光光源中心波长的温度系数一般在400ppm/°C左右，中心波长的变化随之带来光纤陀螺标度因数的变化。由于光纤陀螺用宽谱光源的谱型一般是近高斯型，假设光源光谱的峰值为a，标准差为C，中心波长为b，光源的谱型函数f(x)可表示为，f(x)= ae -(x-b)2/c2X为光波长，另高斯函数具有以下特点，
权利要求
1.一种消除波长变化对标度因数影响的光纤陀螺，光源(I)发出的宽谱光经第一光纤耦合器(12)，经相位调制器(4)中分成两束相同的光，分别沿顺时针和逆时针在光纤环(3) 中传播后，返回至相位调制器(4)，再经第一光纤耦合器(12)耦合至第一光电探测器(2)； 第一光电探测器(2)将光信号转换为电信号，经前置放大器(8)放大滤波，Α/D转换器(9) 转换成数字信号后，中央处理器(10 )通过D/Α转换器(11)控制相位调制器(4 )，产生调制波形和相位反�。⑹涑鐾勇菪藕牛黄涮卣髟谟诠庠�(I)发出的宽谱光分别经第一光纤耦合器(12)，第二光纤耦合器(13)，第三光纤耦合器(14)，第四光纤耦合器(16)耦合至第一光纤光栅(18),经第一光纤稱合器(12),第二光纤稱合器(13),第三光纤稱合器(14),第五光纤耦合器(17)耦合至第二光纤光栅(19)，经第一光纤耦合器(12)，第二光纤耦合器(13)， 第六光纤稱合器(15)稱合至第三光纤光栅(20),第一光纤光栅(18),第二光纤光栅(19), 第三光纤光栅(20)的反射波长不同，相应的反射光,分别经第四光纤稱合器(16),第五光纤耦合器(17)，第六光纤耦合器(15)耦合至第二光电探测器(5)，第三光电探测器(6)，第四光电探测器(7);第二光电探测器(5)，第三光电探测器(6)，第四光电探测器(7)将光信号转换为电信号，经前置放大器(8 )放大滤波，Α/D转换器(9 )转换成数字信号后，在中央处理器(10)中计算出光源实时中心波长修正光纤陀螺标度因数。
全文摘要
本发明公开了一种消除波长变化对标度因数影响的光纤陀螺。光源经第一光纤耦合器和相位调制器中分成两束光，沿正反时针在光纤环中传播后返回至第一光电探测器；光源又经第一、二、三和四光纤耦合器至第一光纤光栅，经第一、二、三和五光纤耦合器至第二光纤光栅，经第一、二和六光纤耦合器至第三光纤光栅，三个波长不同的反射光，分别经第四、五和六光纤耦合器至二、三和四光电探测器将光信号转换为电信号，经前置放大器，A/D转换器在中央处理器中计算出光源的实时中心波长并修正光纤陀螺标度因数，同时中央处理器通过D/A转换器控制相位调制器，产生调制波形和相位反�。涑鐾勇菪藕�。本发明降低了光纤陀螺对环境的要求，拓展其应用范围。
文档编号G01C19/72GK102607551SQ20121007734
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者刘承, 周虎, 王磊, 陈杏藩, 高晓文 申请人:浙江大学
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