专利名称：一种与光纤陀螺兼容的反射式光纤加速度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种反射式光纤加速度计，尤其是涉及一种与光纤陀螺兼容的反射式光纤加速度计。
背景技术：
光纤加速度计是ー种测量加速度的惯性传感器。光纤加速度计具有抗电磁干扰，灵敏度高，能在恶劣环境(高温，高压力、高场强、易燃，易爆、强腐蚀等)下工作，体积小，重量轻等优点。随着技术的发展，对光纤加速度计的灵敏度要求也越来越高，而好的光路结构和调制解调方案是提高加速度计灵敏度的关键。众所周知，干渉型光纤陀螺的光路是互易的，调制解调方案亦十分成熟，具有很高的相位检测精度，现有的光纤加速度计均没采用光纤陀螺的调制解调方案。在惯性导航领域，MU (惯性測量装置)对体积、可靠性等要求很高，光纤加速度计与光纤陀螺作为IMU(惯性測量装置)的核心器件，对二者进行小型化、集成化的设计十分必要。

发明内容
本发明的目的在于提供一种与光纤陀螺兼容的反射式光纤加速度计，利用宽谱光源并最大程度的保证了干渉光路两臂间的共模性，降低了相干噪声和环境干扰，提高了信噪比与稳定度，保证了加速度计的精度。本发明采用的技术方案是
本发明包括宽谱光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、第五耦合器、Y波导调制器、第一隔离器、第二隔离器、第三隔离器、第四隔离器、第一干涉臂、第二干涉臂、探測器，第一高反膜、第二高反膜，耦合器均为2x2光纤型耦合器，耦合器的第一端口和第二端ロ位于耦合器同侧，第三端口和第四端ロ位于耦合器同侧，耦合器的分光比均为50:50 ;宽谱光源的输出端与第一 I禹合器第一端ロ相连,第一 I禹合器第四端ロ与Y波导调制器单端端ロ相连，Y波导调制器双端端ロ 一端ロ与第二耦合器第一端ロ相连，第二耦合器第三端ロ与第一隔离器正向端ロ相连，第二耦合器第四端ロ与第二隔离器反向端ロ相连，第一隔离器反向端ロ与第三耦合器第一端ロ相连，第三耦合器第四端ロ与第一干涉臂相连，第一干渉臂光纤末端镀有第一高反膜，第三耦合器第二端ロ与第三隔离器正向端ロ相连，第三隔离器反向端ロ与第四耦合器第四端ロ相连，第四耦合器第三端ロ与第四隔离器正向端ロ相连，第四隔离器反向端ロ与第五耦合器第二端ロ相连，第五耦合器第一端ロ与第二隔离器正向端ロ相连，第五耦合器第四端ロ与第二干涉臂相连，第二干渉臂光纤末端镀有第二高反膜，第四耦合器第一端ロ与Y波导调制器双端端ロ另一端ロ相连，第一耦合器第二端ロ与探測器的输入端ロ相连，所有耦合器未參 与连接的端ロ尾纤打结。所述的第一干涉臂由第一干涉臂第一部分光纤和第一干涉臂第二部分光纤组成，第一干涉臂第一部分光纤紧密螺旋形盘绕在柔性盘的ー个表面上，第一干涉臂第二部分光纤末端端面镀第一高反膜；所述的第二干涉臂由第二干涉臂第一部分光纤和第二干涉臂第二部分光纤组成，第二干涉臂第一部分光纤紧密螺旋形盘绕在柔性盘的另ー个表面上，第ニ干涉臂第二部分光纤末端端面镀第二高反膜，反射率与第一干涉臂第二部分光纤光纤末端端面反射率相同；第一干涉臂第二部分光纤和第二干涉臂第二干涉臂光纤并排逐层绕制在光纤环上。 所述的第一干涉臂第一部分光纤和第二干涉臂第一部分光纤等长，长度误差为± 1mm，第一干涉臂长5(Γ200米，Y波导调制器单端端ロ经第四耦合器、第四隔离器、第五耦合器、第二干涉臂、第二高反膜、第二干涉臂、第五耦合器、第二隔离器至第二耦合器第一端ロ光纤尾纤的光程与Y波导调制器单端端ロ经第二耦合器、第一隔离器、第三耦合器、第一干涉臂、第一高反膜、第一干涉臂、第三隔离器至第四耦合器第一端ロ光纤尾纤的光程之差小于10 μ m。本发明具有的有益效果是
本发明利用宽谱光源并最大程度的保证了干渉光路的两臂间的共模性，降低了相干噪声和环境干扰，提高了信噪比与稳定度，保证了加速度计的精度。加速度计和光纤陀螺作为IMU (惯性测量装置)的核心器件，二者采用相同的调制解调方案有利于减小IMU的体积、提高IMU的可靠性。


图I是光纤加速度计系统连接结构示意 图2是光纤加速度计系统详细连接结构示意 图3是柔性盘结构示意 图4是柔性盘和光纤干涉臂结构示意 图5是第二耦合器第三端ロ至第一端口和第二端ロ光程LI、L2示意 图6是第四耦合器第四端ロ至第一端ロ和第二端ロ光程L3、L4示意 图7是Y波导调制器单端端ロ经第四耦合器至第二耦合器第二端ロ光程L5示意图；图8是Y波导调制器单端端ロ经第二耦合器至第四耦合器第第二端ロ光程L5示意图；图中1、宽谱光源，2、第一耦合器，3、Y波导调制器，4、第二耦合器，5、第一隔离器，6、第三耦合器，7、第一干涉臂，8、第三隔离器，9、第四耦合器，10、第四隔离器，11，第五耦合器，12第二干涉臂，13、第二隔离器，14、探測器，15、柔性盘，16、第一干涉臂第一部分光纤，17、第二干涉臂第一部分光纤，18、第一干涉臂第二部分光纤，19、第二干涉臂第二部分光纤,20、光纤环,21、第一高反膜,22、第二高反膜,2-1、第一f禹合器第一端ロ，2_2、第一f禹合器第二端ロ，2-3、第一耦合器第三端ロ，2-4、第一耦合器第四端ロ，3-1、Y波导调制器单端端ロ，3-2、Y波导调制器双端端ロ 一端ロ，3-3、Y波导调制器双端端ロ另一端ロ，4-1、第二耦合器第一端ロ，4-2、第二耦合器第二端ロ，4-3、第二耦合器第三端ロ，4-4、第二耦合器第四端ロ，5-1、第一隔离器正向端ロ，5-2、第一隔离器反向端ロ，6-1、第三耦合器第一端ロ，6-2、第三耦合器第二端ロ，6-3、第三耦合器第三端ロ，6-4、第三耦合器第四端ロ，8-1、第三隔离器正向端ロ，8-2、第三隔离器反向端ロ，9-1、第四耦合器第一端ロ，9-2、第四耦合器第ニ端ロ，9-3、第四耦合器第三端ロ，9-4、第四耦合器第四端ロ，10-1、第四隔离器正向端ロ，10-2、第四隔离器反向端ロ，11-1、第五耦合器第一端ロ，11-2、第五耦合器第二端ロ，11-3、第五耦合器第三端ロ，11-4、第五耦合器第四端ロ，13-1、第二隔离器正向端ロ，13-2、第二隔离器反向端ロ，LI、第二耦合器第三端ロ至第二耦合器第一端ロ光纤尾纤的光程，L2、第ニ耦合器第三端ロ至第二耦合器第二端ロ光纤尾纤的光程，L3、第四耦合器第四端ロ至第四耦合器第一端ロ光纤尾纤的光程，L4、第四耦合器第四端ロ至第四耦合器第二端ロ光纤尾纤的光程，L5、Y波导调制器单端端ロ经第四耦合器、第四隔离器、第五耦合器、第二干渉臂、高反膜、第二干涉臂、第五耦合器、第二隔离器至第二耦合器第二端ロ光纤尾纤的光程，L6、Y波导调制器单端端ロ经第二耦合器、第一隔离器、第三耦合器、第一干涉臂、高反膜、第一干涉臂、第三隔离器至第四耦合器第二端ロ光纤尾纤的光程。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进ー步的说明
如图1、图2所示，一种与光纤陀螺兼容的反射式光纤加速度计，包括宽谱光源I、第一耦合器2、第二耦合器4、第三耦合器6、第四耦合器9、第五耦合器11、Y波导调制器3、第一隔离器5、第二隔离器13、第三隔离器8、第四隔离器10、第一干涉臂7、第二干涉臂12、探測器14、第一高反膜21、第二高反膜22，耦合器均为2x2光纤型耦合器，耦合器的第一端ロ和第二端ロ位于耦合器同侧，第三端口和第四端ロ位于耦合器同侧，耦合器的分光比均为50:50 ;宽谱光源I的输出端与第一I禹合器第一端ロ 2-1相连,第一I禹合器第四端ロ 2-4与Y波导调制器单端端ロ 3-1相连，Y波导调制器双端端ロー端ロ 3-2与第二耦合器第一端ロ 4-1相连，第二耦合器第三端ロ 4-3与第一隔离器正向端ロ 5-1相连，第二耦合器第四端ロ 4-4与第二隔离器反向端ロ 13-2相连，第一隔离器反向端ロ 5-2与第三耦合器第一端ロ6-1相连，第三稱合器第四端ロ 6-4与第一干涉臂7相连,第一干涉臂7光纤末端镀有第一高反膜21，第三耦合器第二端ロ 6-2与第三隔离器正向端ロ 8-1相连，第三隔离器反向端ロ 8-2与第四耦合器第四端ロ 9-4相连，第四耦合器第三端ロ 9-3与第四隔离器正向端ロ
10-1相连，第四隔离器反向端ロ 10-2与第五耦合器第二端ロ 11-2相连，第五耦合器第一端ロ 11-1与第二隔离器正向端ロ 13-1相连，第五耦合器第四端ロ 11-4与第二干涉臂12相连，第二干涉臂12光纤末端镀有第二高反膜22，第四耦合器第一端ロ 9-1与Y波导调制器双端端ロ另一端ロ 3-3相连，第一耦合器第二端ロ 2-2与探测器14的输入端ロ相连，所有耦合器未參与连接的端ロ尾纤打结。如图3、图4所示，所述的第一干涉臂7由第一干涉臂第一部分光纤16和第一干渉臂第二部分光纤18组成，第一干涉臂第一部分光纤16紧密螺旋形盘绕在柔性盘15的ー个表面上，第一干涉臂第二部分光纤18末端端面镀第一高反膜21 ;所述的第二干涉臂12由第二干涉臂第一部分光纤17和第二干涉臂第二部分光纤19组成，第二干涉臂第一部分光纤17紧密螺旋形盘绕在柔性盘15的另ー个表面上，第二干涉臂第二部分光纤19末端端面镀第二高反膜22，反射率与第一干涉臂第二部分光纤18光纤末端端面反射率相同；第一干涉臂第二部分光纤18和第二干涉臂第二干渉臂光纤19并排逐层绕制在光纤环20上；第一干涉臂第一部分光纤16和第二干涉臂第一部分光纤17等长，长度误差为± 1mm，第一干渉臂7长5(Γ200米；Υ波导调制器单端端ロ 3-1经第四耦合器9、第四隔离器10、第五耦合器
11、第二干涉臂12、第二高反膜22、第二干涉臂12、第五耦合器11、第二隔离器13至第二耦合器第一端ロ 4-1光纤尾纤的光程与Y波导调制器单端端ロ 3-1经第二耦合器4、第一隔离器5、第三耦合器6、第一干涉臂7、第一高反膜21、第一干涉臂7、第三隔离器8至第四耦合器第一端ロ 9-1光纤尾纤的光程之差小于10 μ m。如图4、图5、图6、图7、图8所示，使Y波导调制器单端端ロ 3-1经第四耦合器9、第四隔离器10、第五耦合器11、第二干涉臂12、第二高反膜22、第二干涉臂12、第五耦合器
11、第二隔离器13至第二耦合器第一端ロ 4-1光纤尾纤的光程与Y波导调制器单端端ロ
3-1经第二耦合器4、第一隔离器5、第三耦合器6、第一干涉臂7、第一高反膜21、第一干渉臂7、第三隔离器8至第四耦合器第一端ロ 9-1光纤尾纤的光程之差小于10 μ m的方法如下
I)控制所述的第二耦合器4、第三耦合器6、第四耦合器9、第五耦合器11、第一隔离器
5、第二隔离器13、第三隔离器8、第四隔离器10的尾纤长度大致相同，误差±lmm ；
2)如图5所示，用白光干涉仪测量第二耦合器第三端ロ 4-3至第二耦合器第一端ロ
4-1光纤尾纤的光程LI，用白光干涉仪测量第二耦合器第三端ロ4-3至第二耦合器第二端ロ 4-2光纤尾纤的光程L2，若|L1-L2|>lmm，用光纤切割刀切割这两段尾纤，再用白光干渉仪测量光程LI、光程L2，重复上述切割过程直至使I L1-L2 |〈1mm ;用研磨机研磨较长端ロ的光纤尾纤，ー边研磨ー边测量，直至I L1-L2 I〈10 μ m;
3)如图6所示，用白光干涉仪测量第四耦合器第四端ロ9-4至第四耦合器第一端ロ9-1光纤尾纤的光程L3，用白光干涉仪测量第四耦合器第四端ロ 9-4至第四耦合器第二端ロ 9-2光纤尾纤的光程L4，若|L3-L4|>lmm，用光纤切割刀切割这两段尾纤，再用白光干渉仪测量光程L3、光程L4，重复上述切割过程直至使|L3-L4|〈1_ ;用研磨机研磨较长端ロ的光纤尾纤，ー边研磨ー边测量，直至I L3-L4 I〈10 μ m;
4)如图7、图8所示，用白光干涉仪测量Y波导调制器单端端ロ3-1经第四耦合器9、第四隔离器10、第五耦合器11、第二干涉臂12、高反膜22、第二干涉臂12、第五耦合器11、第二隔离器13至第二耦合器第二端ロ 4-2光纤尾纤的光程L5，用白光干涉仪测量Y波导调制器单端端ロ 3-1经第二耦合器4、第一隔离器5、第三耦合器6、第一干涉臂7、高反膜21、第一干涉臂7、第三隔离器8至第四耦合器第二端ロ 9-2光纤尾纤的光程L6，如
Ll+L4+L5-L2-L3-L6|>lmm,用光纤切割刀切割第一干涉臂第二部分光纤18尾纤和第二干涉臂第二部分光纤19尾纤，再次用白光干涉仪测量光程L5、光程L6，重复上述切割过程直至使 Ll+L4+L5-L2-L3-L6|<lmm;如 L1+L4+L5 | > | L2+L3+L6 |，用研磨机研磨第二干涉臂第二部分光纤19尾纤，ー边研磨ー边测量，直至|L1+L4+L5-L2-L3-L6|〈10ym，如L1+L4+L5 I < I L2+L3+L6 |，用研磨机研磨第一干涉臂第二部分光纤18尾纤，ー边研磨ー边测量，直至I L1+L4+L5-L2-L3-L6 |〈10 μ m，给第一干涉臂第二部分光纤18末端镀第一高反膜21，给第二干涉臂第二部分光纤19末端镀第二高反膜22。本发明的光路如图2所示宽谱光源I发出的光经第一耦合器2进入Y波导调制器单端端ロ 3 -1，分别进入Y波导调制器双端端ロー端ロ 3-2、Y波导调制器双端端ロ另ー端ロ 3-3 ;由Y波导调制器双端端ロ 一端ロ 3-2发出的光经第二耦合器4进入第一隔离器正向端ロ 5-1，经第一隔离器反向端ロ 5-2进入第三耦合器第一端ロ 6-1，再由第三耦合器第四端ロ 6-4进入第一干涉臂7，光经第一干涉臂第二部分光纤18末端端面反射回来进入第三耦合器第四端ロ 6-4，再经第三耦合器第二端ロ 6-2进入第三隔离器正向端ロ 8-1，经第三隔离器反向端ロ 8-2进入第四耦合器第四端ロ 9-4，再由第四耦合器第一端ロ 9-1进Λ Y波导调制器双端端ロ另一端ロ 3-3 ;由Y波导调制器双端端ロ另一端ロ 3-3发出的光经第四耦合器9进入第四隔离器正向端ロ 10-1，经第四隔离器反向端ロ 10-2进入第五耦合器第二端ロ 11-2，再由第五耦合器第四端ロ 11-4进入第二干涉臂12，光经第二干涉臂第二部分光纤19末端端面反射回来进入第五耦合器第四端ロ 11-4，再经第五耦合器第一端ロ11-1进入第二隔离器正向端ロ 13-1，经第二隔离器反向端ロ 13-2进入第二耦合器第四端ロ 4-4，再由第二耦合器第一端ロ 4-1进入Y波导调制器双端端ロー端ロ 3-2 ;进入Y波导调制器双端端ロー端ロ 3-2的光和进入Y波导调制器双端端ロ另一端ロ 3-3的光经Y波导调制器单端端ロ 3-1汇合，进入第一耦合第四端ロ 2-4，再经第一耦合器第二端ロ 2-2进入探測器14。
权利要求
1.一种与光纤陀螺兼容的反射式光纤加速度计，其特征在于包括宽谱光源、第一率禹合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、第五耦合器、Y波导调制器、第一隔离器、第ニ隔离器、第三隔离器、第四隔离器、第一干涉臂、第二干涉臂、探測器(14)、第一高反膜(21)、第二高反膜(22)，耦合器均为2x2光纤型耦合器，耦合器的第一端口和第二端ロ位于耦合器同侧，第三端口和第四端ロ位于耦合器同侧，耦合器的分光比均为50:50 ;宽谱光源的输出端与第一耦合器第一端ロ(2-1)相连，第一耦合器第四端ロ(2-4)与Y波导调制器单端端ロ(3-1)相连，Y波导调制器双端端ロー端ロ(3-2)与第二耦合器第一端ロ(4-1)相连，第二耦合器第三端ロ(4-3)与第一隔离器正向端ロ(5-1)相连，第二耦合器第四端ロ(4-4)与第二隔离器反向端ロ(13-2)相连，第一隔离器反向端ロ(5-2)与第三耦合器第一端ロ(6-1)相连，第三耦合器第四端ロ(6-4)与第一干渉臂相连，第一干渉臂光纤末端镀有第一高反膜(21)，第三耦合器第二端ロ(6-2)与第三隔离器正向端ロ(8-1)相连，第三隔离器反向端ロ(8-2)与第四耦合器第四端ロ(9-4)相连，第四耦合器第三端ロ(9-3)与第四隔离器正向端ロ( 10-1)相连，第四隔离器反向端ロ( 10-2)与第五耦合器第二端ロ( 11-2)相连，第五耦合器第一端ロ(11-1)与第二隔离器正向端ロ(13-1)相连，第五耦合器第四端ロ(11-4)与第二干渉臂相连，第二干渉臂光纤末端镀有第二高反膜(22)，第四耦合器第一端ロ(9-1)与Y波导调制器双端端ロ另一端ロ(3-3)相连，第一耦合器第二端ロ(2-2)与探测器(14)的输入端ロ相连，所有耦合器未參与连接的端ロ尾纤打结。
2.根据权利要求I所述的ー种与光纤陀螺兼容的反射式光纤加速度计，其特征在于所述的第一干涉臂(7)由第一干涉臂第一部分光纤(16)和第一干涉臂第二部分光纤(18)组成，第一干涉臂第一部分光纤(16)紧密螺旋形盘绕在柔性盘(15)的ー个表面上，第一干涉臂第二部分光纤(18)末端端面镀第一高反膜(21);所述的第二干涉臂(12)由第二干涉臂第一部分光纤(17)和第二干涉臂第二部分光纤(19)组成，第二干涉臂第一部分光纤(17)紧密螺旋形盘绕在柔性盘(15)的另ー个表面上，第二干涉臂第二部分光纤(19)末端端面镀第二高反膜(22)，反射率与第一干涉臂第二部分光纤(18)光纤末端端面反射率相同；第一干涉臂第二部分光纤(18)和第二干涉臂第二干渉臂光纤(19)并排逐层绕制在光纤环(20)上。
3.根据权利要求I所述的ー种与光纤陀螺兼容的反射式光纤加速度计，其特征在于所述的第一干涉臂第一部分光纤和第二干涉臂第一部分光纤等长，长度误差为土 1_，第一干涉臂长5(Γ200米；Y波导调制器单端端ロ经第四耦合器、第四隔离器、第五耦合器、第二干涉臂、第二高反膜、第二干涉臂、第五耦合器、第二隔离器至第二耦合器第一端ロ(4-1)光纤尾纤的光程与Y波导调制器单端端ロ经第二耦合器、第一隔离器、第三耦合器、第一干渉臂、第一高反膜(21)、第一干涉臂、第三隔离器至第四耦合器第一端ロ(9-1)光纤尾纤的光程之差小于10 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种与光纤陀螺兼容的反射式光纤加速度计。该系统主要由宽谱光源、Y波导调制器、五个2×2光纤耦合器、四个光纤隔离器、柔性盘、光纤环、探测器、第一干涉臂、第二干涉臂、两个高反膜组成，第一干涉臂和第二干涉臂的长度严格匹配。本发明利用宽谱光源并最大程度的保证了干涉光路两臂间的共模性，降低了相干噪声和环境干扰，提高了信噪比与稳定度，保证了加速度计的精度。本发明给出了一种与光纤陀螺调制解调完全兼容的光纤加速度计,加速度计和光纤陀螺作为IMU(惯性测量装置)的核心器件，二者采用相同的调制解调方案有利于减小IMU的体积、提高IMU的可靠性。
文档编号G01P15/03GK102621347SQ20121007583
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者佘玄, 刘承, 王冬云, 舒晓武 申请人:浙江大学