一种全光纤惯性传感装置

摘要

本发明公开的一种全光纤惯性传感装置。它包括光源、第一探测器、耦合器、陀螺模块和加速度计模块，其中陀螺模块包括第一集成光学波导和光纤环，加速度计模块包括第二集成光学波导、光纤柔性盘、合束器和第二探测器；光源、第一探测器分别与耦合器一端相连，耦合器另一端分别与陀螺模块和加速度计模块相连，第一集成光学波导与光纤环相连，第二集成光学波导、光纤柔性盘、合束器、第二探测器顺次相连。本发明将光纤陀螺与光纤加速度计集成到一个装置上，两个测量模块共用一个光源，经过一体化设计，装置体积减小，系统集成度提高，制作成本也有所降低。

权利要求

1.一种全光纤惯性传感装置，其特征在于包括光源、第一探测器、耦合器、陀螺模块和加速度计模块，其中陀螺模块包括第一集成光学波导和光纤环，加速度计模块包括第二集成光学波导、光纤柔性盘、合束器和第二探测器；光源、第一探测器分别与耦合器一端相连，耦合器另一端分别与陀螺模块中的第一集成光学波导一端和加速度计模块中的第二集成光学波导一端相连，第一集成光学波导另一端与光纤环相连，第二集成光学波导另一端、光纤柔性盘、合束器、第二探测器顺次相连，光源发出的光通过耦合器，分成两路：其中一路进入陀螺模块，然后返回至耦合器，最终被第一探测器接收，构成光纤陀螺；另一路光进入加速度计模块构成光学加速度计。

2.根据权利要求1所述的一种全光纤惯性传感装置，其特征在于所述的光源为超辐射激光二极管、激光二极管或放大自发辐射光源。

3.根据权利要求1所述的一种全光纤惯性传感装置，其特征在于所述的耦合器为保偏光纤耦合器或单模光纤耦合器。

4.根据权利要求1所述的一种全光纤惯性传感装置，其特征在于所述的第一集成光学波导、第二集成光学波导为多功能集成光学波导调制器。

5.根据权利要求1所述的一种全光纤惯性传感装置，其特征在于所述的光纤环为保偏光纤线圈或单模光纤线圈。

6.根据权利要求1所述的一种全光纤惯性传感装置，其特征在于所述的第一探测器、第二探测器为半导体PIN光二极管。

7.根据权利要求1所述的一种全光纤惯性传感装置，其特征在于所述的光纤柔性盘为石英盘或者硅微结构盘。

8.根据权利要求1所述的一种全光纤惯性传感装置，其特征在于所述的合束器为光纤合束器或者波导合束器。

说明书

一种全光纤惯性传感装置

技术领域

[0001] 本发明涉及惯性传感技术，尤其涉及一种全光纤惯性传感装置。

[0002] 背景技术

[0003] 陀螺和加速度计惯性技术的基础和核心，其技术水平及产品种类直接制约着惯性技术相关领域的发展。光纤陀螺和光学加速度计都是基于干涉原理的全光学传感器，因其全固态的特点，与传统机械陀螺相比，更能够承受冲击，工作在恶劣环境下。在实际应用中，系统通常要同时使用到以上两种测量装置，现有的惯性测量系统均采用分立的陀螺和加速度计组合而成，这样势必占据过多空间，不利于系统集成化、小型化的需求。本发明装置通过一体化设计将陀螺仪与加速度计集成到一起，两个模块共用一个光源。

[0004] 在陀螺中，光源发出的光通过耦合器，分成两路：其中一路为陀螺所用，实现对角速度的测量；另外一路通过耦合器后，被浪费。本发明装置的特点在于利用陀螺中被浪费的这一路光，作为光学加速度计的光源。

[0005] 我们将加速度计模块接入到陀螺中浪费的光路上，依此设计可以节省一个光源，并且可以同时实现角速度和加速度的测量。此外，通过合理设计，装置的集成度提高，体积减小。

发明内容

[0006] 本发明的目的是消除机械组合陀螺仪与加速度计进行惯性测量的弊端，提供一种全光纤惯性传感装置。

[0007] 全光纤惯性传感装置包括光源、第一探测器、耦合器、陀螺模块和加速度计模块，其中陀螺模块包括第一集成光学波导和光纤环，加速度计模块包括第二集成光学波导、光纤柔性盘、合束器和第二探测器。光源、第一探测器分别与耦合器一端相连，耦合器另一端分别与陀螺模块和加速度计模块相连，第一集成光学波导与光纤环相连，第二集成光学波导、光纤柔性盘、合束器、第二探测器顺次相连；光源发出的光通过耦合器，分成两路：其中一路进入陀螺模块，然后返回至耦合器，最终被第一探测器接收；另一路进入加速度计模块构成光学加速度计。

[0008] 所述的光源为超辐射激光二极管、激光二极管或放大自发辐射光源。所述的耦合器为保偏光纤耦合器或单模光纤耦合器。所述的第一集成光学波导、第二集成光学波导为多功能集成光学波导调制器。所述的光纤环为保偏光纤线圈或单模光纤线圈。所述的第一探测器、第二探测器为半导体PIN光二极管。所述的光纤柔性盘为石英盘或者硅微结构盘。所述的合束器为光纤合束器或者波导合束器。

[0009] 本发明将光纤陀螺与光纤加速度计集成到一个装置上，两个测量模块共用一个光源，装置体积减小，系统集成度提高，制作成本也有所降低。将陀螺与加速度计的系统融合设计，形成一体化、集成化光学惯性传感系统，实现光学惯性测量由分立器件向系统集成的跨越。

附图说明

[0010] 图1是光纤陀螺结构示意图。

[0011] 图2是光学加速度计结构示意图

[0012] 图3是全光纤惯性传感装置结构示意图。

具体实施方式

[0013] 下面结合附图对本发明加以说明。

[0014] 如附图3所示，全光纤惯性传感装置包括光源、第一探测器、耦合器、陀螺模块和加速度计模块，其中陀螺模块包括第一集成光学波导和光纤环，加速度计模块包括第二集成光学波导、光纤柔性盘、合束器和第二探测器；光源、第一探测器分别与耦合器一端相连，耦合器另一端分别与陀螺模块和加速度计模块相连，第一集成光学波导与光纤环相连，第二集成光学波导、光纤柔性盘、合束器、第二探测器顺次相连。

[0015] 所述的光源为超辐射激光二极管、激光二极管或放大自发辐射光源。所述的耦合器为保偏光纤耦合器或单模光纤耦合器。所述的第一集成光学波导、第二集成光学波导为多功能集成光学波导调制器。所述的光纤环为保偏光纤线圈或单模光纤线圈。所述的第一探测器、第二探测器为半导体PIN光二极管。所述的光纤柔性盘为石英盘或者硅微结构盘。所述的合束器为光纤合束器或者波导合束器。

[0016] 本发明的工作过程如下：

[0017] 光源发出的光通过耦合器，分成两路：其中一路进入陀螺模块，集成光学波导将光分成向两束，依据萨格拉格效应，从集成光学波导出发、在闭合的光纤环中沿相反方向的传播两束光波，绕行一周返回到出发点，若果闭合光路相对惯性空间沿某方向转动，则两束光波的相位产生变化。 两束光波产生相差后，返回至耦合器，最终被探测器接收，通过对探测器信号的处理，可以实现对角速度的测量；另一路进入加速度计模块构成一个基于光纤柔性盘Mach-Zehnder光纤加速度计。