一種全光纖慣性傳感裝置的製作方法
2023-06-30 21:42:56 1
專利名稱：一種全光纖慣性傳感裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及慣性傳感技術，尤其涉及一種全光纖慣性傳感裝置。
背景技術：
陀螺和加速度計慣性技術的基礎和核心，其技術水平及產品種類直接制約著慣性技術相關領域的發展。光纖陀螺和光學加速度計都是基於幹涉原理的全光學傳感器，因其全固態的特點，與傳統機械陀螺相比，更能夠承受衝擊，工作在惡劣環境下。在實際應用中，系統通常要同時使用到以上兩種測量裝置，現有的慣性測量系統均採用分立的陀螺和加速度計組合而成，這樣勢必佔據過多空間，不利於系統集成化、小型化的需求。本發明裝置通過一體化設計將陀螺儀與加速度計集成到一起，兩個模塊共用一個光源。在陀螺中，光源發出的光通過耦合器，分成兩路其中一路為陀螺所用，實現對角速度的測量；另外一路通過耦合器後，被浪費。本發明裝置的特點在於利用陀螺中被浪費的這一路光，作為光學加速度計的光源。我們將加速度計模塊接入到陀螺中浪費的光路上，依此設計可以節省一個光源， 並且可以同時實現角速度和加速度的測量。此外，通過合理設計，裝置的集成度提高，體積減小。
發明內容
本發明的目的是消除機械組合陀螺儀與加速度計進行慣性測量的弊端，提供一種全光纖慣性傳感裝置。全光纖慣性傳感裝置包括光源、第一探測器、耦合器、陀螺模塊和加速度計模塊， 其中陀螺模塊包括第一集成光學波導和光纖環，加速度計模塊包括第二集成光學波導、光纖柔性盤、合束器和第二探測器。光源、第一探測器分別與耦合器一端相連，耦合器另一端分別與陀螺模塊和加速度計模塊相連，第一集成光學波導與光纖環相連，第二集成光學波導、光纖柔性盤、合束器、第二探測器順次相連；光源發出的光通過耦合器，分成兩路其中一路進入陀螺模塊，然後返回至耦合器，最終被第一探測器接收；另一路進入加速度計模塊構成光學加速度計。所述的光源為超輻射雷射二極體、雷射二極體或放大自發輻射光源。所述的耦合器為保偏光纖耦合器或單模光纖耦合器。所述的第一集成光學波導、第二集成光學波導為多功能集成光學波導調製器。所述的光纖環為保偏光纖線圈或單模光纖線圈。所述的第一探測器、第二探測器為半導體PIN光二極體。所述的光纖柔性盤為石英盤或者矽微結構盤。 所述的合束器為光纖合束器或者波導合束器。本發明將光纖陀螺與光纖加速度計集成到一個裝置上，兩個測量模塊共用一個光源，裝置體積減小，系統集成度提高，製作成本也有所降低。將陀螺與加速度計的系統融合設計，形成一體化、集成化光學慣性傳感系統，實現光學慣性測量由分立器件向系統集成的跨越。
圖1是光纖陀螺結構示意圖。圖2是光學加速度計結構示意圖
圖3是全光纖慣性傳感裝置結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明加以說明。如附圖3所示，全光纖慣性傳感裝置包括光源、第一探測器、耦合器、陀螺模塊和加速度計模塊，其中陀螺模塊包括第一集成光學波導和光纖環，加速度計模塊包括第二集成光學波導、光纖柔性盤、合束器和第二探測器；光源、第一探測器分別與耦合器一端相連， 耦合器另一端分別與陀螺模塊和加速度計模塊相連，第一集成光學波導與光纖環相連，第二集成光學波導、光纖柔性盤、合束器、第二探測器順次相連。所述的光源為超輻射雷射二極體、雷射二極體或放大自發輻射光源。所述的耦合器為保偏光纖耦合器或單模光纖耦合器。所述的第一集成光學波導、第二集成光學波導為多功能集成光學波導調製器。所述的光纖環為保偏光纖線圈或單模光纖線圈。所述的第一探測器、第二探測器為半導體PIN光二極體。所述的光纖柔性盤為石英盤或者矽微結構盤。 所述的合束器為光纖合束器或者波導合束器。本發明的工作過程如下
光源發出的光通過耦合器，分成兩路其中一路進入陀螺模塊，集成光學波導將光分成向兩束，依據薩格拉格效應，從集成光學波導出發、在閉合的光纖環中沿相反方向的傳播兩束光波，繞行一周返回到出發點，若果閉合光路相對慣性空間沿某方向轉動，則兩束光波的相位產生變化。兩束光波產生相差後，返回至耦合器，最終被探測器接收，通過對探測器信號的處理，可以實現對角速度的測量；另一路進入加速度計模塊構成一個基於光纖柔性盤 Mach-Zehnder光纖加速度計。
權利要求
1.一種全光纖慣性傳感裝置，其特徵在於包括光源、第一探測器、耦合器、陀螺模塊和加速度計模塊，其中陀螺模塊包括第一集成光學波導和光纖環，加速度計模塊包括第二集成光學波導、光纖柔性盤、合束器和第二探測器；光源、第一探測器分別與耦合器一端相連， 耦合器另一端分別與陀螺模塊和加速度計模塊相連，第一集成光學波導與光纖環相連，第二集成光學波導、光纖柔性盤、合束器、第二探測器順次相連，光源發出的光通過耦合器，分成兩路其中一路進入陀螺模塊，然後返回至耦合器，最終被第一探測器接收，構成光纖陀螺；另一路光進入加速度計模塊構成光學加速度計。
2.根據權利要求1所述的一種全光纖慣性傳感裝置，其特徵在於所述的光源為超輻射雷射二極體、雷射二極體或放大自發輻射光源。
3.根據權利要求1所述的一種全光纖慣性傳感裝置，其特徵在於所述的耦合器為保偏光纖耦合器或單模光纖耦合器。
4.根據權利要求1所述的一種全光纖慣性傳感裝置，其特徵在於所述的第一集成光學波導、第二集成光學波導為多功能集成光學波導調製器。
5.根據權利要求1所述的一種全光纖慣性傳感裝置，其特徵在於所述的光纖環為保偏光纖線圈或單模光纖線圈。
6.根據權利要求1所述的一種全光纖慣性傳感裝置，其特徵在於所述的第一探測器、 第二探測器為半導體PIN光二極體。
7.根據權利要求1所述的一種全光纖慣性傳感裝置，其特徵在於所述的光纖柔性盤為石英盤或者矽微結構盤。
8.根據權利要求1所述的一種全光纖慣性傳感裝置，其特徵在於所述的合束器為光纖合束器或者波導合束器。
全文摘要
本發明公開的一種全光纖慣性傳感裝置。它包括光源、第一探測器、耦合器、陀螺模塊和加速度計模塊，其中陀螺模塊包括第一集成光學波導和光纖環，加速度計模塊包括第二集成光學波導、光纖柔性盤、合束器和第二探測器；光源、第一探測器分別與耦合器一端相連，耦合器另一端分別與陀螺模塊和加速度計模塊相連，第一集成光學波導與光纖環相連，第二集成光學波導、光纖柔性盤、合束器、第二探測器順次相連。本發明將光纖陀螺與光纖加速度計集成到一個裝置上，兩個測量模塊共用一個光源，經過一體化設計，裝置體積減小，系統集成度提高，製作成本也有所降低。
文檔編號G01C19/72GK102226699SQ20111008965
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月11日 優先權日2011年4月11日
發明者劉承, 周一覽, 李賡, 舒曉武, 郭文正, 黃河, 黃騰超 申請人:浙江大學