专利名称：一种对y型波导附加相位漂移进行补偿的方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明属光纤传感领域，涉及一种对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法及电路，尤其涉及一种适用于光纤陀螺、光纤电流传感器及其他相关光纤传感器中基于热敏电阻对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法及电路。
背景技术：
干涉式光纤陀螺中使用的Y型波导是使用集成光学技术封装的具有多个功能的重要光学器件。Y型波导主要提供3大功能分束、起偏、相位调制。其中相位调制部分最为重要，受温度干扰也最严重。Y型波导相位调制部分由LiNbO^e0体封装而成。由于线性电光效应，在LiNbO3晶体的侧向加上电压后，其折射率将发生改变，进而使通过该晶体的光产生附加相位差。相位差的值可以用侧向电压的大小加以控制，可以使用数字信号实现Y型波导精确的相位调制。
πτ入射光波通过长度为L的LiNbO3晶体后的电光相位延迟为Φ = -Ky22V，其中，
AU
D表示LiNbO3晶体在加电压方向的厚度。Y波导相位调制中的电感生相位与被调制光波的非常光的折射率η0和Y波导电光系数r333有关，这两个参数受温度影响变化。因而，温度变化引起Y波导附加相位调制。研究表明，温度升高时，引起的附加相位漂移使相位调制量增大；温度下降时，引起的附加相位漂移使相位调制量减小。最终导致光纤陀螺或光纤电流传感器产生零点漂移。为了补偿环境温度变化引起Y型波导的附加相位漂移，目前已有的解决方案有以下几种(1)对光纤陀螺进行温度漂移实验，将漂移数据存储在FPGA程序中，利用FPGA芯片建立查找表；然后在光纤陀螺内部的不同位置安装数字型温度传感器，陀螺工作时，温度传感器测量到的温度值传入FPGA，FPGA根据查找表的数据获得陀螺在当前温度下的漂移量大小，用以校正光纤陀螺的输出值，(见毛献辉博士论文环形干涉光纤传感器若干关键问题研究，P53-58，[博士学位论文]，北京清华大学，2005)。(2)采用第二反馈回路的四态方波调制方案。相隔半周期的两个采样值相减给出陀螺的增益误差量，两个反馈回路根据数字量产生适当的相位阶梯和增益补偿，避免了 LiNbO^e0体温度漂移。(见陈世同，孙枫，李绪友.集成光学相位调制器相位漂移补偿方法研究，哈尔滨工程大学学报，2008，29 (1) 45-49)(3)在光路结构中引入负折射率温度系数的晶体，与Y型波导的LiNbO3晶体串联并尽量贴近；加入的新晶体与产生附加相位漂移的LiNbO3晶体近似经历相同的温度变化， 产生相反的附加相位漂移；选择合适的晶体及其参数，就能够较好的补偿光纤陀螺随温度的漂移。在以上三种补偿方案中，方案1使用的数字型温度传感器难以兼顾精度和反应速度；另一方面，为每只陀螺建立温度漂移数据后才能写入光纤陀螺FPGA程序中，实现过程非常繁琐，难以工程化。方案2采用第二反馈回路的四态方波调制方案时，当光源光谱形状不对称时，会引入更大的误差；算法上较难实现；过于依赖系统自身的性能，尤其是受到外界干扰噪声影响时，易导致系统崩溃和误差。方案3引入的负折射率温度系数晶体，破坏了 Y型波导的封装结构，难以保证光路互易性；加工过程中微小的切割、对准误差将引起光路中的更大误差。因此，目前的这些解决方案在工艺上实现复杂、繁琐，急需另外寻找更理想的解决方案。

发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种工艺简单、易于工程实现、成本低以及不破坏Y型波导良好封装结构的对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法及电路。本发明的技术解决方案是本发明提供了一种对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法，其特殊之处在于所述方法包括以下步骤1)获取欲施加在Y型波导上的模拟信号；2)对步骤1)所获取的模拟信号通过运放电路进行放大处理，所述放大倍数由运放电路决定；3)对步骤2、中的放大倍数进行逆向补偿得到补偿后的欲施加在Y型波导上的调制电压；4)将补偿后的调制电压施加在Y型波导上。上述步骤2)中运放电路包括电压输入端、电压输出端、第一电阻、第二电阻、反馈电阻&以及集成运算放大器；所述集成运算放大器包括反相输入端、同相输入端以及输出端；所述电压输入端通过第一电阻接入集成运算放大器的反相输入端；所述电压输入端通过第二电阻接入集成运算放大器的同相输入端；所述运放电路的电压输出端通过反馈电阻 Rf引回集成运算放大器的反相输入端；所述集成运算放大器的输出端接入电压输出端；所述模拟信号运放电路的放大倍数由反馈电阻&与第一电阻的比值决定。上述步骤3)中对放大倍数进行逆向补偿的方式是与反馈电阻&并联有热敏电阻和/或与第一电阻并联有热敏电阻。当所述步骤幻中对放大倍数进行逆向补偿时，所述该补偿方式还包括与热敏电阻串联在一起的第三电阻；所述第三电阻与热敏电阻串联后与反馈电阻&和/或第一电阻并联在一起。当所述步骤3)中对放大倍数进行逆向补偿的方式采用与反馈电阻&并联有热敏电阻时，所述热敏电阻是负温度系数热敏电阻。当所述步骤幻中对放大倍数进行逆向补偿的方式采用与第一电阻并联有热敏电阻时，所述热敏电阻是正温度系数热敏电阻。一种对Y型波导附加相位漂移进行补偿的电路，其特殊之处在于所述对Y型波导附加相位漂移进行补偿的电路包括模拟信号运放电路、Y型波导以及热敏电阻；所述模拟信号运放电路包括电压输入端、电压输出端、第一电阻、第二电阻、反馈电阻&以及集成运算放大器；所述集成运算放大器包括反相输入端、同相输入端以及输出端；所述电压输入端通过第一电阻接入集成运算放大器的反相输入端；所述电压输入端通过第二电阻接入集成运算放大器的同相输入端；所述运放电路的电压输出端通过反馈电阻&引回集成运算放大器的反相输入端；所述集成运算放大器的输出端接入电压输出端；所述电压输出端接入 Y型波导并为Y型波导施加调制电压；所述模拟信号运放电路的放大倍数由反馈电阻Rf与第一电阻的比值决定；所述热敏电阻与第一电阻和/或反馈电阻&并联在一起。上述热敏电阻设置于Y型波导上。上述Y型波导包括LiNbO3晶体，所述热敏电阻贴附于LiNbO3晶体上。上述热敏电阻与第一电阻并联时，所述热敏电阻是正温度系数热敏电阻；所述热敏电阻与反馈电阻&并联时，所述热敏电阻是负温度系数热敏电阻。本发明的优点是本发明提供了一种对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法及电路，适用于光纤陀螺、光纤电流传感器及其他相关光纤传感器领域。铌酸锂集成光学相位调制器(Y型波导)是数字闭环光纤陀螺的核心器件。温度变化引起相位调制器产生附加相位漂移，导致光纤陀螺零点漂移。本发明通过用热敏电阻构成的补偿电路替换Y型波导驱动电路中运放电路的第一电阻和/或反馈电阻Rf，热敏电阻与Y型波导中的LiNb03晶体尽量贴近。温度变化时，引起Y型波导附加相位漂移；而热敏电阻阻值的变化引起Y型波导驱动电路中运放电路的放大倍数变化，Y型波导上施加的调制电压变化，引起调制相位量发生变化。选择合适的热敏电阻，就可以补偿温度引起的Y型波导附加相位漂移，解决光纤陀螺或光纤电流传感器随温度的零点漂移问题，具体而言，本发明具有以下优点1、能够实现实时补偿。温度变化引起热敏电阻阻值变化与Y型波导附加相位漂移现象同时发生，保证了温度补偿的精度和反应速度。2、易批量处理一系列光纤传感器产品中Y型波导温度漂移问题。不需要逐个对于单个光纤传感器温度漂移进行补偿，实现过程简单。方法简单，只需要在Y型波导驱动电路中电阻上并联热敏电阻，工艺简单、易于工程实现。3、本发明采用的热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件。因而容易获得符合要求的材料，而且价格便宜、成本低。4、热敏电阻与Y型波导中的LiNb03晶体尽量贴近，不破坏Y型波导的良好封装结构，不会再引入其他误差，本技术抗外界干扰能力强。5、应用范围广。基于本发明所提供的技术方案，不仅可以对光纤陀螺零点漂移的理想补偿方案，还可用于其他电光晶体制成的电光调制器温度引起漂移的补偿，如电光晶体LiTa03、BaTi03等，可以根据电光晶体的温度漂移特性选择热敏电阻的类型。


图1是本发明较佳的实施例结构示意图；图2是本发明带有热敏电阻的补偿电路结构示意图。
具体实施例方式本发明提出一种基于热敏电阻对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法及电路，该方法包括以下步骤1)获取欲施加在Y型波导上的模拟信号；2)对步骤1)所获取的模拟信号通过运放电路进行放大处理，运放电路包括热敏电阻、第一电阻、第二电阻、反馈电阻&和集成运算放大器。输入电压经第一电阻或第二电阻接入集成运算放大器。第一电阻和第二电阻分别接到集成运算放大器的反相和同相输入端。输出电压经反馈电阻&引回到集成运算放大器的反相输入端。所述模拟信号运放电路的放大倍数由反馈电阻&与第一电阻的比值决定；3)对步骤2、中的放大倍数进行逆向补偿得到补偿后的欲施加在Y型波导上的调制电压；逆向补偿的方式是与反馈电阻&并联有热敏电阻和/或与第一电阻并联有热敏电阻；当对放大倍数进行逆向补偿时，该补偿方式还包括与热敏电阻串联在一起的第三电阻； 第三电阻与热敏电阻串联后与反馈电阻&和/或第一电阻并联在一起，第三电阻是一个阻值为20ΚΩ以上的电阻。当对放大倍数进行逆向补偿的方式采用与反馈电阻&并联有热敏电阻时，该热敏电阻是负温度系数热敏电阻。当对放大倍数进行逆向补偿的方式采用与第一电阻并联有热敏电阻时，该热敏电阻是正温度系数热敏电阻。4)将补偿后的调制电压施加在Y型波导上。用热敏电阻构成的补偿电路替换Y型波导驱动电路中的运放电路的第一电阻(R1) 和/或反馈电阻Rf。热敏电阻与Y型波导的LiNbO3晶体尽量贴近如图1所示；利用热敏电阻阻值的温度敏感性，温度引起热敏电阻阻值变化改变运放电路的放大倍数，运放电路的放大倍数由等效电阻第一电阻(R1)和反馈电阻&的比值IVR1决定，因此Y型波导的调制电压与运放电路的放大倍数成正比。用热敏电阻构成补偿电路替换Y型波导驱动电路中运放电路的第一电阻(R1)和/或反馈电阻&。热敏电阻与Y型波导的LiNbO3晶体尽量贴近如图1所示，当温度升高时，引起Y型波导正的附加相位漂移，使相位调制量变大；而温度升高引起热敏电阻阻值变化使比值下降，施加于Y型波导上的调制电压变小，相位调制量降低，从而可以补偿温度引起的附加相位漂移。温度降低时亦然。Y型波导的调制电压发生变化，引起调制相位变化。选择合适温度系数的热敏电阻就能使其补偿温度引起Y型波导的附加相位漂移。热敏电阻构成的补偿电路为将一个阻值较大的电阻&和热敏电阻Rt串联起来，然后再与电阻Rtl并联起来，其结构如图2所示；热敏电阻构成的补偿电路替换Y型波导驱动电路中运放电路的第一电阻(R1)或反馈电阻&。本发明热敏电阻构成的补偿电路替换Y型波导驱动电路中运放电路电阻的方式有三种热敏电阻构成的补偿电路替换反馈电阻&时，选择负温度系数热敏电阻(NTC)；热敏电阻构成的补偿电路替换第一电阻(R1)时，选择正温度系数热敏电阻(PTC)。热敏电阻构成的补偿电路同时替换第一电阻(R1)和反馈电阻&时，选择合适(正温度系数或负温度系数)热敏电阻，使其满足温度升高或降低时使Y型波导上施加的调制电压变小或变大，从而补偿温度变化引起的Y型波导附加相位漂移；为了解决热敏电阻温度非线性效应可以采用温度系数很小的精密电阻与NTC热敏电阻串、并联及混联构成电阻网络来代替单个热敏电阻的方法，使热敏电阻阻值在一定范围内呈线性关系。
热敏电阻应与Y型波导中的LiNbO3晶体尽量贴近如图1所示，以达到温度变化时， 热敏电阻的阻值也随之变化。热敏电阻形状可以是片状、薄膜、块状等。本发明基本工作原理是温度变化将造成Y型波导L、D和n0的变化，从而改变相位延迟量Φ，对于调制相位为φ的Y型波导，温度变化ΔΤ时Y型波导会产生附加相位漂移为
权利要求
1.一种对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤1)获取欲施加在Y型波导上的模拟信号；2)对步骤1)所获取的模拟信号通过运放电路进行放大处理，所述放大倍数由运放电路决定；3)对步骤幻中的放大倍数进行逆向补偿得到补偿后的欲施加在Y型波导上的调制电压；4)将补偿后的调制电压施加在Y型波导上。
2.根据权利要求1所述的对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法，其特征在于所述步骤2)中运放电路包括电压输入端、电压输出端、第一电阻、第二电阻、反馈电阻&以及集成运算放大器；所述集成运算放大器包括反相输入端、同相输入端以及输出端；所述电压输入端通过第一电阻接入集成运算放大器的反相输入端；所述电压输入端通过第二电阻接入集成运算放大器的同相输入端；所述的电压输出端通过反馈电阻&接入集成运算放大器的反相输入端；所述集成运算放大器的输出端接入电压输出端；所述模拟信号运放电路的放大倍数由反馈电阻Rf与第一电阻的比值决定。
3.根据权利要求2所述的对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法，其特征在于所述步骤3)中对放大倍数进行逆向补偿的方式是与反馈电阻Rf并联有热敏电阻和/或与第一电阻并联有热敏电阻。
4.根据权利要求3所述的对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法，其特征在于当所述步骤幻中对放大倍数进行逆向补偿时，所述该补偿方式还包括与热敏电阻串联在一起的第三电阻；所述第三电阻与热敏电阻串联后与反馈电阻&和/或第一电阻并联在一起。
5.根据权利要求4所述的对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法，其特征在于当所述步骤3)中对放大倍数进行逆向补偿的方式采用与反馈电阻Rf并联有热敏电阻时，所述热敏电阻是负温度系数热敏电阻。
6.根据权利要求4所述的对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法，其特征在于当所述步骤幻中对放大倍数进行逆向补偿的方式采用与第一电阻并联有热敏电阻时，所述热敏电阻是正温度系数热敏电阻。
7.—种对Y型波导附加相位漂移进行补偿的电路，其特征在于所述对Y型波导附加相位漂移进行补偿的电路包括模拟信号运放电路、Y型波导以及热敏电阻；所述模拟信号运放电路包括电压输入端、电压输出端、第一电阻、第二电阻、反馈电阻&以及集成运算放大器；所述集成运算放大器包括反相输入端、同相输入端以及输出端；所述电压输入端通过第一电阻接入集成运算放大器的反相输入端；所述电压输入端通过第二电阻接入集成运算放大器的同相输入端；所述电压输出端通过反馈电阻&引回集成运算放大器的反相输入端；所述集成运算放大器的输出端接入电压输出端；所述电压输出端接入Y型波导并为Y 型波导施加调制电压；所述模拟信号运放电路的放大倍数由反馈电阻Rf与第一电阻的比值决定；所述热敏电阻与第一电阻和/或反馈电阻&并联在一起。
8.根据权利要求7所述的对Y型波导附加相位漂移进行补偿的电路，其特征在于所述热敏电阻设置于Y型波导上。
9.根据权利要求8所述的对Y型波导附加相位漂移进行补偿的电路，其特征在于所述Y型波导包括LiNbO3晶体，所述热敏电阻贴附于LiNbO3晶体上。
10.根据权利要求7或8或9所述的对Y型波导附加相位漂移进行补偿的电路，其特征在于所述热敏电阻与第一电阻并联时，所述热敏电阻是正温度系数热敏电阻；所述热敏电阻与反馈电阻&时，所述热敏电阻是负温度系数热敏电阻。
全文摘要
本发明涉及一种适用于光纤陀螺、光纤电流传感器及其他相关光纤传感器中基于热敏电阻对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法及电路，该方法包括1)获取欲施加在Y型波导上的模拟信号；2)对步骤1)所获取的模拟信号通过运放电路进行放大处理，所述放大倍数由运放电路决定；3)对步骤2)中的放大倍数进行逆向补偿得到补偿后的欲施加在Y型波导上的调制电压；4)将补偿后的调制电压施加在Y型波导上。本发明提供了一种工艺简单、易于工程实现、成本低以及不破坏Y型波导良好封装结构的对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法及电路。
文档编号G01C25/00GK102313562SQ20111021330
公开日2012年1月11日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者刘尚波, 徐金涛, 王英利, 王辉 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所