专利名称：双路闭环的谐振式光学陀螺的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学传感以及信号检测技术领域，尤其涉及一种双路闭环的谐振式光学陀螺。
背景技术：
谐振式光学陀螺(Resonator Optic Gyro，ROG)是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的微型惯性传感器。无振动部件的谐振式光学陀螺具有小型化，精度高，抗震动等优点。相比微机械陀螺(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)和光纤陀螺(Interferometric Fiber Optical Gyroscope，IF0G)，ROG 将具有更大的优势。在ROG中最常见的锁定方式是单路锁定，即将激光器中心频率锁定在其中一路谐振频率上，另一路的输出即为陀螺信号输出，但是单路锁定存在的问题是环路带宽较窄，陀螺输出线性度较�。凰繁栈吩赗OG中也有一定应用，但是现有的提出的双路闭环方案中并没有构建一个相对互易的结构，使得没有很好地抑制互易性噪声。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种双路闭环的谐振式光学陀螺。一种双路闭环的谐振式光学陀螺包括由可调谐激光器、光学分路器、第一移频器、第二移频器、第一调制器、第二调制器、光学谐振腔、光电转换�？楣钩傻墓庋低常约坝傻髦平獾髂？�、第一反馈锁定�？�、第二反馈锁定模、第三反馈锁定模块构成的处理电路，可调谐激光器与光学分路器相连，光学分路器分别与第一移频器和第二移频器相连，第一移频器、第一调制器、光学谐振腔顺次相连，第二移频器、第二调制器、光学谐振腔顺次相连，光学环形谐振腔、光电转换�？�、调制解调�？樗炒蜗嗔髦平獾髂？�、第一反馈锁定�？�、第二移频器顺次相连，调制解调�？�、加法器、第三反馈锁定�？�、激光器顺次相连， 调制解调�？�、第二反馈锁定�？�、第一移频器顺次相连，调制解调�？橛爰臃ㄆ飨嗔谝灰破灯骱偷诙破灯鞯囊破盗孔鞑钭魑勇菔涑鲂藕�。一种双路闭环的谐振式光学陀螺包括由可调谐激光器、光学分路器、第一移频器、 第二移频器、第一调制器、第二调制器、光学谐振腔、光电转换�？楣钩傻墓庋低常约坝傻髦平獾髂？�、第一反馈锁定�？�、第二反馈锁定模、第三反馈锁定�？楣钩傻拇淼缏罚� 可调谐激光器与光学分路器相连，光学分路器分别与第一调制器和第二调制器相连，第一调制器、第一移频器、光学谐振腔顺次相连，第二调制器、第二移频器、光学谐振腔顺次相连，光学环形谐振腔、光电转换�？�、调制解调�？樗炒蜗嗔髦平獾髂？�、第一反馈锁定�？�、第二移频器顺次相连，调制解调�？�、加法器、第三反馈锁定�？�、激光器顺次相连， 调制解调�？椤⒌诙蠢∷？�、第一移频器顺次相连，调制解调模块与加法器相连，第一移频器和第二移频器的移频量作差作为陀螺输出信号。—种双路闭环的谐振式光学陀螺包括可调谐激光器、光学分路器、调制器、第一移频器、第二移频器、光学谐振腔、光电转换�？楣钩傻墓庋低常约坝傻髦平獾髂？�、第一反馈锁定�？�、第二反馈锁定模、第三反馈锁定模块构成的处理电路，可调谐激光器、调制器、光学分路器顺次相连，光学分路器分别与第一移频器和第二移频器相连，第一移频器与第二移频器同时与光学谐振腔相连，光学环形谐振腔、光电转换�？�、调制解调�？樗炒蜗嗔髦平獾髂？�、第一反馈锁定�？椤⒌诙破灯魉炒蜗嗔髦平獾髂？�、加法器、第三反馈锁定�？�、激光器顺次相连，调制解调�？椤⒌诙蠢∷？�、第一移频器顺次相连， 调制解调�？橛爰臃ㄆ飨嗔谝灰破灯骱偷诙破灯鞯囊破盗孔鞑钭魑勇菔涑鲂藕�。一种双路闭环的谐振式光学陀螺包括由可调谐激光器、光学分路器、第一调制移频器、第二调制移频器、光学谐振腔、光电转换�？楣钩傻墓庋低常约坝傻髦平獾髂？�、 第一反馈锁定模块、第二反馈锁定模、第三反馈锁定�？楣钩傻拇淼缏罚傻餍臣す馄饔牍庋Х致菲飨嗔庋Х致菲鞣直鹩氲谝坏髦埔破灯骱偷诙髦埔破灯飨嗔谝坏髦埔破灯饔氲诙髦埔破灯魍庇牍庋痴袂幌嗔庋Щ沸涡痴袂�、光电转换�？�、调制解调�？樗炒蜗嗔髦平獾髂？椤⒌谝环蠢∷？�、第二移频器顺次相连，调制解调�？�、力口法器、第三反馈锁定�？�、激光器顺次相连，调制解调�？椤⒌诙蠢∷？�、第一移频器顺次相连，调制解调�？橛爰臃ㄆ飨嗔谝坏髦埔破灯骱偷诙髦埔破灯鞯囊破盗孔鞑钭魑勇菔涑鲂藕�。所述的第一移频器和第二移频器为声光移频器或光学相位调制器。所述的第一调制移频器件和第二调制移频器件为声光移频器或光学相位调制器。所述的光学谐振腔为光纤或者集成光学器件。所述的光学谐振腔的结构为透射式光学环形腔或反射式光学环形 腔。本发明与现有技术相比具有的有益效果
1)本发明提供的双路闭环谐振式光学陀螺有利于提高谐振式光学陀螺的互易性，更好的消除互易性噪声；
2)本发明提供的双路闭环谐振式光学陀螺有利于提高陀螺系统的线性度和动态范
围；
3)本发明提供的双路闭环谐振式光学陀螺，同时可以将两路光频分别锁在光学谐振腔对应的顺时针和逆时针谐振点，使腔内的光功率基本相等，减小光学克尔噪声。
图1是双路闭环的谐振式光学陀螺I型结构示意图； 图2是双路闭环的谐振式光学陀螺II型结构示意图3是双路闭环的谐振式光学陀螺III型结构示意图； 图4是双路闭环的谐振式光学陀螺IV型结构示意图5是基于声光移频器反射式双路闭环的谐振式光学陀螺具体实施案例示意图； 图6是双路闭环的谐振式光学陀螺转动时顺时针和逆时针谐振频率与激光器频率关系示意图中1、频率可调激光器2、隔离器3、耦合器4、第一声光移频器5、第一相位调制器6、 第二声光移频器7、第二相位调制器8、第一压控振荡器9、第二压控振荡器10、第一信号源 11、第二信号源12、第一锁相放大器13、第二锁相放大器14、第一光电探测器15、第二光电探测器16、第一环形器17、第二环形器18、光学环形谐振腔芯片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、减法器24、数据记录仪。
具体实施例方式下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。如图1所示，双路闭环的谐振式光学陀螺I型包括由可调谐激光器、光学分路器、 第一移频器、第二移频器、第一调制器、第二调制器、光学谐振腔、光电转换�？楣钩傻墓庋低常约坝傻髦平獾髂？�、第一反馈锁定�？�、第二反馈锁定模、第三反馈锁定�？楣钩傻拇淼缏罚傻餍臣す馄饔牍庋Х致菲飨嗔庋Х致菲鞣直鹩氲谝灰破灯骱偷诙破灯飨嗔谝灰破灯�、第一调制器、光学谐振腔顺次相连，第二移频器、第二调制器、光学谐振腔顺次相连，光学环形谐振腔、光电转换�？�、调制解调模块顺次相连，调制解调�？�、第一反馈锁定模块、第二移频器顺次相连，调制解调�？椤⒓臃ㄆ�、第三反馈锁定�？椤⒓す馄魉炒蜗嗔髦平獾髂？�、第二反馈锁定�？�、第一移频器顺次相连，调制解调�？橛爰臃ㄆ飨嗔谝灰破灯骱偷诙破灯鞯囊破盗孔鞑钭魑勇菔涑鲂藕�。如图2所示，双路闭环的谐振式光学陀螺II型包括由可调谐激光器、光学分路器、 第一移频器、第二移频器、第一调制器、第二调制器、光学谐振腔、光电转换�？楣钩傻墓庋低常约坝傻髦平獾髂？椤⒌谝环蠢∷？�、第二反馈锁定模、第三反馈锁定�？楣钩傻拇淼缏罚傻餍臣す馄饔牍庋Х致菲飨嗔庋Х致菲鞣直鹩氲谝坏髦破骱偷诙髦破飨嗔谝坏髦破�、第一移频器、光学谐振腔顺次相连，第二调制器、第二移频器、光学谐振腔顺次相连，光学环形谐振腔、光电转换模块、调制解调模块顺次相连，调制解调模块、第一反馈锁定�？�、第二移频器顺次相连，调制解调�？�、加法器、第三反馈锁定�？�、激光器顺次相连，调制解调�？椤⒌诙蠢∷？�、第一移频器顺次相连，调制解调�？橛爰臃ㄆ飨嗔谝灰破灯骱偷诙破灯鞯囊破盗孔鞑钭魑勇菔涑鲂藕�。如图3所示，双路闭环的谐振式光学陀螺III型包括可调谐激光器、光学分路器、调制器、第一移频器、第二移频器、光学谐振腔、光电转换�？楣钩傻墓庋低常约坝傻髦平獾髂？�、第一反馈锁定模块、第二反馈锁定模、第三反馈锁定�？楣钩傻拇淼缏罚傻餍臣す馄�、调制器、光学分路器顺次相连，光学分路器分别与第一移频器和第二移频器相连， 第一移频器与第二移频器同时与光学谐振腔相连，光学环形谐振腔、光电转换�？�、调制解调�？樗炒蜗嗔髦平獾髂？�、第一反馈锁定�？�、第二移频器顺次相连，调制解调�？�、 加法器、第三反馈锁定�？�、激光器顺次相连，调制解调模块、第二反馈锁定模块、第一移频器顺次相连，调制解调�？橛爰臃ㄆ飨嗔谝灰破灯骱偷诙破灯鞯囊破盗孔鞑钭魑勇菔涑鲂藕�。如图4所示，双路闭环的谐振式光学陀螺IV型包括由可调谐激光器、光学分路器、 第一调制移频器、第二调制移频器、光学谐振腔、光电转换模块构成的光学系统，以及由调制解调�？�、第一 反馈锁定�？�、第二反馈锁定模、第三反馈锁定�？楣钩傻拇淼缏罚傻餍臣す馄饔牍庋Х致菲飨嗔庋Х致菲鞣直鹩氲谝坏髦埔破灯骱偷诙髦埔破灯飨嗔谝坏髦埔破灯饔氲诙髦埔破灯魍庇牍庋痴袂幌嗔庋Щ沸涡痴袂�、光电转换�？�、调制解调�？樗炒蜗嗔髦平獾髂？椤⒌谝环蠢∷？椤⒌诙破灯魉炒蜗嗔髦平獾髂？�、加法器、第三反馈锁定�？�、激光器顺次相连，调制解调�？�、第二反馈锁定�？�、第一移频器顺次相连，调制解调�？橛爰臃ㄆ飨嗔谝坏髦埔破灯骱偷诙髦埔破灯鞯囊破盗孔鞑钭魑勇菔涑鲂藕�。所述的第一移频器和第二移频器为声光移频器或光学相位调制器。所述的第一调制移频器件和第二调制移频器件为声光移频器或光学相位调制器。所述的光学谐振腔为光纤或者集成光学器件。所述的光学谐振腔的结构为透射式光学环形腔或反射式光学环形
腔。
如图5所示，我们给出了一种声光移频器实现移频器件，用光相位调制器实现光学调制器，用信号源和锁相放大器来实现调制解调�？榈木咛迨凳┌咐�。如图6所示，我们给出了双路闭环的谐振式光学陀螺转动时顺时针和逆时针谐振频率与激光器频率关系示意图，其中顺时针和逆时针的谐振频率以激光器频率为中心，分别向相反方向的移开由转动引入的二分之一的移频量。在双路闭环谐振式光学陀螺中具体实现方式由以下描述
频率可调激光器发出的激光经隔离器和耦合器后分为等功率的两束光顺时针路和逆时针路。顺时针路激光分别经移频器件移频，这里移频器件可以由声光移频器或者相位调制器等实现，然后进入调制解调�？槎怨饨械髦圃儆苫沸纹魇淙氲焦庋Щ沸涡痴袂唬饫锏墓庋Щ沸涡痴袂豢梢允侨魏我恢挚梢怨钩尚痴袂坏钠骷托问剑ㄍ干涫降暮头瓷涫降墓庀耍晒庋骷龋髦瓶梢杂尚藕旁匆瞧骰蛘叩缏肥迪郑谇荒谛纬伤呈闭胄痴窆夂笥苫沸纹魇淙氲焦獾缣讲馄鹘泄獾缱唬倬髦平獾髂？榻獾鳎獾髂？榭捎伤喾糯笃魇迪郑詈蠼獾魇涑鼍欧芈啡タ刂浦肮饴匪破灯饕破盗靠刂疲迪炙呈闭肼芬破灯骰仿匪ǎ荒媸闭肼芳す馔硎迪炙呈闭肼芬破灯骰仿匪�。激光器的锁定较之于之前的单路锁定进行了改进，单路锁定仅用一路解调输出去将激光器频率锁定在其中一个方向的谐振频率，而在这里我们采用了将两路解调输出相加后经反馈锁定�？樵偃タ刂萍す馄鳎庋谕勇菥仓棺刺保す馄髌德剩呈闭牒湍媸闭胄痴衿德识荚谕黄德实闵希蓖勇萦凶保呈闭牒湍媸闭氲男痴衿德示捅涑梢约す馄髌德饰行牧阒档戎登艺翰煌牧礁鲂痴衿德剩庋沟猛勇菹低掣佣猿疲梢愿玫厝ハヒ仔栽肷�。其中加法器和三路反馈锁定回路可由电路或仪器实现。本发明由两路携带有陀螺转动信息的解调输出信号，分别经两个反馈锁定�？楦谋淞铰芬破灯饕破盗浚煌闭饬铰沸藕畔嗉雍缶谌蠢∷？榭刂萍す馄髌德剩渌ㄔ谛痴袂凰呈闭牒湍媸闭牍饴沸痴衿德实闹行牡�。同时，陀螺转动信号输出就应该从两路移频器的移频量作差去读取。这样通过构建了陀螺顺时针和逆时针两路对称的结构和对称的陀螺信号检测方式，从而更好消除互易性噪声，获得陀螺系统的更好的线性度和更大的动态范围，同时减小克尔噪声。需要指出的是，该实施例中应用的移频器件、调制解调方式、光学谐振腔应包括任何一种可应用于谐振式光学陀螺中的移频器、调制解调方式和光学谐振腔，并且调制器是可以在系统中的不同位置，如上述各型实现方式所示。也就是说，在本实施例的基础上仅对移频器、调制解调方式和光学谐振腔、以及调制器的位置作出的改动，都应该落入本发明相应的权利要求保护范围内。
权利要求
1.一种双路闭环的谐振式光学陀螺，其特征在于包括由可调谐激光器、光学分路器、第一移频器、第二移频器、第一调制器、第二调制器、光学谐振腔、光电转换�？楣钩傻墓庋低常约坝傻髦平獾髂？�、第一反馈锁定�？�、第二反馈锁定模、第三反馈锁定�？楣钩傻拇淼缏罚傻餍臣す馄饔牍庋Х致菲飨嗔庋Х致菲鞣直鹩氲谝灰破灯骱偷诙破灯飨嗔谝灰破灯�、第一调制器、光学谐振腔顺次相连，第二移频器、第二调制器、光学谐振腔顺次相连，光学环形谐振腔、光电转换�？�、调制解调�？樗炒蜗嗔髦平獾髂？�、第一反馈锁定�？�、第二移频器顺次相连，调制解调�？�、加法器、第三反馈锁定�？�、激光器顺次相连，调制解调模块、第二反馈锁定�？�、第一移频器顺次相连，调制解调�？橛爰臃ㄆ飨嗔�。
2.一种双路闭环的谐振式光学陀螺，其特征在于包括由可调谐激光器、光学分路器、第一移频器、第二移频器、第一调制器、第二调制器、光学谐振腔、光电转换模块构成的光学系统，以及由调制解调�？椤⒌谝环蠢∷？�、第二反馈锁定模、第三反馈锁定�？楣钩傻拇淼缏罚傻餍臣す馄饔牍庋Х致菲飨嗔庋Х致菲鞣直鹩氲谝坏髦破骱偷诙髦破飨嗔谝坏髦破�、第一移频器、光学谐振腔顺次相连，第二调制器、第二移频器、光学谐振腔顺次相连，光学环形谐振腔、光电转换�？�、调制解调�？樗炒蜗嗔髦平獾髂？�、第一反馈锁定模块、第二移频器顺次相连，调制解调�？�、加法器、第三反馈锁定�？�、激光器顺次相连，调制解调�？椤⒌诙蠢∷？�、第一移频器顺次相连，调制解调�？橛爰臃ㄆ飨嗔�。
3.—种双路闭环的谐振式光学陀螺，其特征在于包括可调谐激光器、光学分路器、调制器、第一移频器、第二移频器、光学谐振腔、光电转换�？楣钩傻墓庋低常约坝傻髦平獾髂？�、第一反馈锁定模块、第二反馈锁定模、第三反馈锁定�？楣钩傻拇淼缏罚傻餍臣す馄�、调制器、光学分路器顺次相连，光学分路器分别与第一移频器和第二移频器相连，第一移频器与第二移频器同时与光学谐振腔相连，光学环形谐振腔、光电转换�？�、调制解调�？樗炒蜗嗔髦平獾髂？椤⒌谝环蠢∷？�、第二移频器顺次相连，调制解调�？�、力口法器、第三反馈锁定模块、激光器顺次相连，调制解调�？�、第二反馈锁定�？�、第一移频器顺次相连，调制解调�？橛爰臃ㄆ飨嗔�。
4.一种双路闭环的谐振式光学陀螺，其特征在于包括由可调谐激光器、光学分路器、 第一调制移频器、第二调制移频器、光学谐振腔、光电转换�？楣钩傻墓庋低常约坝傻髦平獾髂？�、第一反馈锁定�？�、第二反馈锁定模、第三反馈锁定�？楣钩傻拇淼缏罚傻餍臣す馄饔牍庋Х致菲飨嗔庋Х致菲鞣直鹩氲谝坏髦埔破灯骱偷诙髦埔破灯飨嗔谝坏髦埔破灯饔氲诙髦埔破灯魍庇牍庋痴袂幌嗔庋Щ沸涡痴袂�、光电转换�？�、调制解调�？樗炒蜗嗔髦平獾髂？�、第一反馈锁定�？�、第二移频器顺次相连，调制解调�？�、加法器、第三反馈锁定�？�、激光器顺次相连，调制解调�？�、第二反馈锁定�？�、第一移频器顺次相连，调制解调�？橛爰臃ㄆ飨嗔�。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种双路闭环的谐振式光学陀螺，其特征在于第一移频器和第二移频器的移频量作差作为陀螺的输出信号。
6.根据权利要求4所述的一种双路闭环的谐振式光学陀螺，其特征在于第一调制移频器和第二调制移频器的移频量作差作为陀螺的输出信号。
7.根据权利要求1、2或3所述的一种双路闭环的谐振式光学陀螺，其特征在于所述的第一移频器和第二移频器为声光移频器或光学相位调制器。
8.根据权利要求4所述的一种双路闭环的谐振式光学陀螺，其特征在于所述的第一调制移频器件和第二调制移频器件为声光移频器或光学相位调制器。
9.根据权利要求1、2、3或4所述的一种双路闭环的谐振式光学陀螺，其特征在于所述的光学谐振腔为光纤或者集成光学器件。
10.根据权利要求1、2、3或4所述的一种双路闭环的谐振式光学陀螺，其特征在于所述的光学谐振腔的结构为透射式光学环形腔或反射式光学环形腔。
全文摘要
本发明公开了一种双路闭环的谐振式光学陀螺。它包括由可调谐激光器、光学分路器、光学移频器、光学调制器、光学谐振腔、光电转换�？榈裙钩傻墓庋低常约坝傻髦平獾髂？�、反馈锁定�？楣钩傻拇淼缏�。本发明由处理电路提取两路携带有陀螺转动信息的信号，分别经两个反馈锁定�？楦谋淞铰芬破灯饕破盗浚煌闭饬铰沸藕畔嗉雍缶谌蠢∷？榭刂萍す馄髌德剩渌ㄔ谛痴袂凰呈闭牒湍媸闭牍饴沸痴衿德实闹行牡悖蛔詈笸ü粤铰芬破灯饕破盗渴涑鲎鞑畹玫酵勇菪藕�。本发明有利于提高谐振式光学陀螺的互易性，更好消除互易性噪声；有利于提高陀螺系统线性度和动态范围；有利于减小腔内顺时针和逆时针光路的光功率差，减小光学克尔噪声。
文档编号G01C19/68GK102331258SQ201110194109
公开日2012年1月25日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者张顾洪, 金仲和, 马慧莲 申请人:浙江大学
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