专利名称：一种三轴集成全光纤惯性传感装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感技术，尤其涉及三轴集成全光纤惯性传感装置。
背景技术：
角速度和加速度是惯性技术的基础和核心，其检测技术水平及产品种类直接制约着惯性技术及其他研究方向的发展。光纤陀螺和光学加速度计作为新型光学惯性传感器， 其拥有的全固态和全数字输出的特点是传统陀螺和加速度计所不具备的，而这个特点使得光纤传感技术成为提高新一代惯性传感器性能的有效技术手段。现有的惯性测量装置大多采用分立的陀螺和加速度计组合而成，不利于装置的集成化和小型化。在全光纤惯性传感单元中，角速度测量采用数字闭环干涉型光纤陀螺技术， 加速度测量采用干涉型透射式光纤加速度计方案，调制解调方案采用数字闭环方案。传统光纤陀螺光路中，光源发出的光在耦合器出射端有一半的光是无用的，是需要衰减的，全光纤惯性传感单元利用这路光作为输入端供光纤加速度计测量光路使用，同时测量同一轴向角速度和加速度信息，实现一维惯性测量的集成。通过共用光源及信号处理资源，将陀螺及加速度的测量装置融合，形成一体化、集成化光学惯性传感装置，实现光学惯性测量由分立器件向系统集成的转变。在构成三轴集成惯性传感装置时，一般由三轴陀螺及三轴加速度计分别敏感正交方向上的惯性数据，装置构成复杂，性能及稳定性差，特别是还需要数据的整合处理，不利于系统集成化，小型化的需求。另外，对于传统的三轴集成方案，在利用全光纤惯性传感单元简化装置的前提下，仍需要三个光源，这不但对光源的性能提出了更高要求，不利于装置的高集成度，同时光源属于昂贵器件，也增加了装置的成本。
发明内容
本发明的目的是消除传统三轴惯性传感测量装置的弊端，提供一种全光纤一体化惯性传感装置。三轴集成的全光纤惯性传感装置包括光源、一分三耦合器、X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元、Z轴全光纤惯性传感单元，光源与一分三耦合器相连，一分三耦合器分别与X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元、Z轴全光纤惯性传感单元相连，X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元或Z轴全光纤惯性传感单元包括光源、第一探测器、耦合器、陀螺部件和加速度计�？椋渲型勇莶考ǖ谝患晒庋Рǖ己凸庀嘶罚铀俣燃颇？榘ǖ诙晒庋Рǖ�、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部件和加速度计�？橄嗔谝患晒庋Рǖ加牍庀嘶废嗔诙晒庋Рǖ�、光纤柔性盘、合束器、第二探测器顺次相连；光源发光通过一分三耦合器分成三束分别输入三路正交的全光纤惯性传感单元的输入端。在三路正交的全光纤惯性传感单元中，光通过耦合器分成两束，一束输入陀螺�？榈氖淙攵耍祷刂榴詈掀骱蟊坏谝惶讲馄鹘邮眨硪皇淙牍庀思铀俣燃频氖淙攵耍⒃谑涑龆吮坏诙讲馄鹘邮�。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。所述的一分三耦合器为保偏光纤耦合器或单模光纤耦合器。所述的X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元、Z轴全光纤惯性传感单元为正交组合。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。本发明的三轴集成全光纤惯性传感装置，利用一个高功率光源耦合出三路光作为三轴传感单元的光源输入，相比传统的三轴惯性传感装置设计，少用了二个光源，节省了成本，提高了装置的可靠度和集成度。本发明的三轴集成全光纤惯性传感装置，利用光学系统的优化设计，整合了三个光纤陀螺和三个加速度计的功能，同时整合了信息处理资源，有利于系统的数据统一处理和融合，避免了信号处理的重复设计，提高了集成度。本发明的三轴集成全光纤惯性传感装置，采用了全光纤惯性传感单元来敏感一个轴向的角速度和加速度，充分发挥了全光纤惯性传感单元的集成化优势，缩小了装置系统的体积，增强了可靠度。
图1是三轴集成全光纤惯性传感装置结构示意图； 图2是单轴全光纤惯性传感单元结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明加以说明。如图1、2所示，三轴集成的全光纤惯性传感装置包括光源、一分三耦合器、X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元、Z轴全光纤惯性传感单元，光源与一分三耦合器相连，一分三耦合器分别与X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元、Z轴全光纤惯性传感单元相连，X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元或Z轴全光纤惯性传感单元包括光源、第一探测器、耦合器、光纤陀螺部件和光纤加速度计�？椋渲泄庀送勇莶考ǖ谝患晒庋Рǖ己凸庀嘶罚庀思铀俣燃颇？榘ǖ诙晒庋Рǖ�、 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部件和加速度计�？橄嗔谝患晒庋Рǖ加牍庀嘶废嗔诙晒庋Рǖ肌⒐庀巳嵝耘�、合束器、第二探测器顺次相连；光源发光通过一分三耦合器分成三束分别输入三路正交的全光纤惯性传感单元的输入端。在三路正交的全光纤惯性传感单元中， 光通过耦合器分成两束，一束输入陀螺�？榈氖淙攵耍祷刂榴詈掀骱蟊坏谝惶讲馄鹘邮眨� 另一束输入光纤加速度计的输入端，并在输出端被第二探测器接收。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。所述的一分三耦合器为保偏光纤耦合器或单模光纤耦合器。所述的X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元、Z轴全光纤惯性传感单元为正交组合。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。 本发明的工作过程如下
在本发明的三轴集成全光纤惯性传感装置中，光源发光通过一分三耦合器分成三束分别输入三路正交的全光纤惯性传感单元的输入端。在三路正交的全光纤惯性传感单元中， 光通过耦合器分成两束，分别输入光纤陀螺部件的输入端和光纤加速度计的输入端。光纤陀螺部件的原理为数字闭环干涉型光纤陀螺，利用萨格奈克效应来敏感闭合光纤环路旋转的角速度信息。集成光学波导为多功能集成波导调制器，包括耦合器，偏振器和宽带相位调制器，光纤环为单模光纤环，耦合器为单模光纤耦合器，以实现萨格奈克干涉仪的最小互易性结构。在这样一个单模光纤系统中，沿相反方向在光纤环中传播的两束光发生干涉产生相位差，该相位差和光纤环旋转产生的角速度成正比，借以来探测角速度信息。光纤加速度计�？榛贛ach-Zehnder双光束干涉原理实现对光纤中微小光程变化的测量。在加速度作用下，光纤柔性盘受到等幅反向应力形成推挽结构，柔性盘干涉臂内的光的相位发生变化，通过相位生成载波解调系统可解算出加速度信息。三轴集成全光纤惯性传感装置可同时探测三个正交方向上的角速度和加速度信息，借助于辅助的解算和信息处理系统，从而获得多传感通道的角速度和加速度信息，并进行进一步的数据融合，最终将高可靠性和高性能的惯性数据输出给应用系统。
权利要求
1.一种三轴集成的全光纤惯性传感装置，其特征在于包括光源、一分三耦合器、X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元、Z轴全光纤惯性传感单元，光源与一分三耦合器相连，一分三耦合器分别与X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元、Z轴全光纤惯性传感单元相连，X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元或Z轴全光纤惯性传感单元包括光源、第一探测器、耦合器、光纤陀螺部件和加速度计�？椋渲泄庀送勇莶考ǖ谝患晒庋Рǖ己凸庀嘶罚铀俣燃颇？榘ǖ诙晒庋Рǖ�、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部件和加速度计�？橄嗔谝患晒庋Рǖ加牍庀嘶废嗔诙晒庋Рǖ�、光纤柔性盘、合束器、第二探测器顺次相连；光源发光通过一分三耦合器分成三束分别输入三路正交的全光纤惯性传感单元的输入端，在三路正交的全光纤惯性传感单元中，光通过耦合器分成两束，一束输入陀螺�？榈氖淙攵耍祷刂榴詈掀骱蟊坏谝惶讲馄鹘邮眨硪皇淙牍庀思铀俣燃频氖淙攵耍⒃谑涑龆吮坏诙讲馄鹘邮铡�
2.根据权利要求1所述的一种三轴集成的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所述的一种三轴集成的全光纤惯性传感装置，其特征在于所述的一分三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所述的一种三轴集成的全光纤惯性传感装置，其特征在于所述的X 轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元、Z轴全光纤惯性传感单元为正交组合。
5.根据权利要求1所述的一种三轴集成的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。
6.根据权利要求1所述的一种三轴集成的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所述的一种三轴集成的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所述的一种三轴集成的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。
全文摘要
本发明公开了一种三轴集成全光纤惯性传感装置。它包括光源、一分三耦合器、X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元、Z轴全光纤惯性传感单元，光源与一分三耦合器相连，一分三耦合器分别与X轴全光纤惯性传感单元、Y轴全光纤惯性传感单元、Z轴全光纤惯性传感单元相连。光源采用高功率稳定光源，光通过一分三耦合器分成三束分别输入三路正交的全光纤惯性传感单元的输入端。三轴集成全光纤惯性传感装置是一种以干涉作为基本测量原理的纯光学测量装置，充分发挥了全光纤惯性传感单元的集成化优势，缩小了装置系统的体积，增强了可靠度。同时，相比传统的三轴惯性传感装置设计，少用了二个光源，节省了成本，提高了装置的可靠度和集成度。
文档编号G01C19/72GK102207387SQ20111009060
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者刘承, 周一览, 李赓, 舒晓武, 郭文正, 黄河, 黄腾超 申请人:浙江大学
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