一种光纤陀螺及惯性导航系统的制作方法

1.本发明涉及光纤陀螺领域，特别地，涉及一种光纤陀螺及惯性导航系统。


背景技术：

2.光纤陀螺是一种对温度敏感的角速率传感器。在光纤陀螺的惯性导航系统应用中，由于自身的电路发热，以及外部器件和环境的热交换，都会对光纤陀螺的零位产生影响，使光纤陀螺的零位发生漂移，影响光纤陀螺精度。在光纤陀螺内部主要受到温度影响的部件是光纤环。
3.光纤环制作技术中，需要将光纤按照一定的缠绕方法缠绕在光纤环骨架上，根据光纤环工作原理，光信号由光纤的两个端头分别输入，为了保证光信号受到的外界扰动最小化，光信号同步输入光纤后，历经的光程相同，同一时刻受到的外部扰动相同，如此才能在两束光返回干涉时消除外界因素引入的误差，从而保证光纤陀螺的使用精度。
4.目前光纤环主要使用四极对称的方法进行缠绕，开发了相应的绕线设备，根据温度shupe效应理论，虽然这种四极对称方法能在很大程度上消除温度诱导的相位误差，但是由于缠绕过程中缠绕的直径逐渐增大，在每四层光纤中仍然存在残余的shupe效应误差，在多个四层光纤构成的光纤环中，这种误差逐步累积，使得光纤环仍然对温度敏感，导致光纤陀螺发生零位漂移，严重时，陀螺精度会降低1-2个数量级。
5.为了消除这种温度的影响，通常情况下，增加一个温度传感器来实时检测光纤环位置处的温度，然而，现有温度传感器只能放置在临近光纤环的区域，无法准确检测出光纤环的真实温度值，往往检测出的温度值与光纤环温度值有差值，导致最终光纤陀螺受温度影响较大。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种光纤陀螺及惯性导航系统，以解决现有光纤陀螺中光纤环受温度影响，无法准确进行补偿的问题。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
8.第一方面，
9.一种光纤陀螺，包括：光纤环、调制器、耦合器和第一探测器以及信号控制单元；所述耦合器包括输入端和输出端，所述输入端和输出端分别设有两个接口；所述输入端的一个接口与光源连接，另一个接口与第一探测器连接；所述输出端的一个接口与调制器连接；所述信号控制单元一端与第一探测器连接，另一端与调制器连接，所述调制器与所述光纤环的两端连接；还包括：温度感应装置；
10.所述温度感应装置设于光纤环内部，用于检测所述光纤环内的温度；
11.所述温度感应装置与所述输出端的另一个接口连接；
12.所述温度感应装置与所述信号控制单元连接，用于将检测的所述光纤环的温度发送给信号控制单元。
13.进一步地，所述温度感应装置包括：温度传感器和第二探测器；
14.所述温度传感器设于光纤环内，用于测量光纤环内的温度；
15.所述温度传感器与所述输出端的另一个接口连接；
16.所述温度传感器与第二探测器连接；所述第二探测器与信号控制单元连接。
17.进一步地，所述温度传感器为光纤传感器。
18.进一步地，所述光纤传感器为绕制光纤环时在所述光纤环内部绕制的一圈光纤传感器。
19.第二方面，
20.一种惯性导航系统，包括如第一方面技术方案中任一项所述的光纤陀螺。
21.有益效果：
22.本技术技术方案提供一种光纤陀螺及惯性导航系统，光纤陀螺原有结构包括光纤环、调制器、耦合器和第一探测器以及信号控制单元，本技术方案在原有结构上增加了温度感应装置，由于温度感应装置设置于光纤环内部，因此可以精确的检测光纤环内部温度，温度感应装置与信号控制单元连接，可以将检测到的温度反馈给信号控制单元，以便提高光纤陀螺的精度；同时温度感应装置与耦合器输出端的另一个接口连接，可以使用耦合器输入端的光源，无须为温度感应装置增加新的结构，因此具有结构简单、成本较低的优点。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明实施例提供的一种光纤陀螺结构示意图；
25.图2是本发明实施例提供的一种具体的光纤陀螺结构示意图。
具体实施方式
26.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的描述说明。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本技术所保护的范围。
27.第一实施例，参照图1，本发明实施例提供了一种光纤陀螺，包括：光纤环11、调制器12、耦合器13和第一探测器14以及信号控制单元15；耦合器13包括输入端和输出端，输入端和输出端分别设有两个接口；输入端的一个接口与光源连接，另一个接口与第一探测器14连接；输出端的一个接口与调制器12连接；信号控制单元15一端与第一探测器14连接，另一端与调制器12连接，调制器12与光纤环11的两端连接；还包括：温度感应装置16；
28.温度感应装置16设于光纤环11内部，用于检测光纤环11内的温度；
29.温度感应装置16与输出端的另一个接口连接；
30.温度感应装置16与信号控制单元15连接，用于将检测的光纤环11的温度发送给信号控制单元15。
31.本发明实施例提供的光纤陀螺，光纤陀螺原有结构包括光纤环、调制器、耦合器和第一探测器以及信号控制单元，本技术方案在原有结构上增加了温度感应装置，由于温度感应装置设置于光纤环内部，因此可以精确的检测光纤环内部温度，温度感应装置与信号控制单元连接，可以将检测到的温度反馈给信号控制单元，以便提高光纤陀螺的精度；同时温度感应装置与耦合器输出端的另一个接口连接，可以使用耦合器输入端的光源，无须为温度感应装置增加新的结构，因此具有结构简单、成本较低的优点。
32.第二实施例，作为对上述实施例一种补充说明，本发明提供一种具体的光纤陀螺，包括：光纤环21、调制器22、耦合器23和第一探测器24以及信号控制单元25；耦合器23包括输入端和输出端，输入端和输出端分别设有两个接口；输入端的一个接口与光源连接，另一个接口与第一探测器24连接；输出端的一个接口与调制器22连接；信号控制单元25一端与第一探测器24连接，另一端与调制器22连接，调制器22与光纤环21的两端连接；还包括：温度传感器26和第二探测器27；
33.温度传感器26设于光纤环21内部，用于检测光纤环21内的温度；
34.温度传感器26与输出端的另一个接口连接；
35.温度传感器26与第二探测器27连接；第二探测器27与信号控制单元25连接，用于将检测的光纤环21的温度发送给信号控制单元25。
36.作为本发明实施例一种优选的实现方式，温度传感器26为光纤传感器。光纤传感器为绕制光纤环21时绕制于光纤环21内部的一圈光纤。
37.为了更清楚的说明本发明实施例方案，现提供一种具体的实例，光纤陀螺一般由光源、耦合器、y波导(即调制器)、光纤环、第一探测器和处理电路(即信号控制单元)组成，当光纤环缠绕完成后，做为温度敏感部件，其随温度的漂移也就固定下来。本发明实施例提供的光纤陀螺中主要增加一种光纤温度传感器，该传感器通过第二探测器检测输出的光功率测量温度，温度敏感部件为一段光纤。该温度敏感光纤与耦合器的盲端连接。
38.带有温度补偿的光纤陀螺构成如下：在通用的光纤陀螺光路中包含一个2
×
2光纤耦合器，在输入端分别与光源和第一探测器相连，在输出端一个接口与y波导相连，而另一根主要作为盲端，不用于光信号传输，属于无用盲端。本发明主要是利用该盲端，连接一定长度敏感光纤的温度传感器，在绕制光纤环的过程中，直接将该敏感光纤绕制于光纤环的内部，如此，可直接测量光纤环内部的温度，其主要工作原理是温度影响光纤温度传感器的输出光功率，连接第二探测器检测光功率，即可得到温度值。
39.利用该温度传感器的光纤陀螺工作过程如下：(1)温度补偿前，通过温度试验，测试光纤陀螺的零位随温度漂移规律；(2)通过最小二乘法原理进行温度以及温度变化率的多项式拟合，得到光纤陀螺输出与温度之间的多项式关系；(3)将该多项式补偿写入光纤陀螺内部算法中，完成对光纤陀螺温度效应的补偿，实时补偿光纤陀螺的零位漂移。
40.由于该光纤温度传感器能够准确测量光纤环内部的等效温度值，能够最大限度减小上述的多项式拟合误差，并且该在光纤陀螺实际工作中与补偿模型的差异最小，从而保证了该陀螺的温度补偿效果，提高了陀螺的精度和稳定性。
41.第三实施例，本发明提供了一种惯性导航系统，包括如第一实施例或第二实施例中提供的光纤陀螺。
42.本发明实施例提供的惯性导航系统，由于光纤陀螺中设置的光纤温度传感器，能
够准确测量光纤环内部的等效温度值，根据该温度能够对光纤陀螺进行优化，大大增加了陀螺的精度和稳定性。
43.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
44.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
45.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
46.应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
47.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
48.此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
49.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
50.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
51.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。