東北林業大學趙永輝獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉東北林業大學申請的專利一種大動態范圍諧振式光纖陀螺獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN116086423B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-08發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202211561641.5,技術領域涉及:G01C19/72;該發明授權一種大動態范圍諧振式光纖陀螺是由趙永輝;劉淑玉;徐凱宏;白巖;朱自民;田赫;張心怡設計研發完成,并于2022-12-07向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種大動態范圍諧振式光纖陀螺在說明書摘要公布了:本發明公開了一種大動態范圍諧振式光纖陀螺,屬于光學傳感的技術領域,解決了目前光學陀螺動態范圍小及其不可調、難以滿足旋轉速度變化范圍大的場所的需求,對光進行相位調制才能分辨旋轉速度方向的問題,包括第一和第二電壓信號源、激光器、偏振控制器、光纖耦合器、光纖環、壓電陶瓷管、探測器和信號處理及控制系統,本發明利用壓電陶瓷管控制光纖諧振腔的腔長,從而獲得大的動態范圍,同時,利用一個窄線寬激光器輸出連續、強度恒定、頻率可調諧的窄線寬激光,獲得光纖諧振腔的透射譜,對諧振頻率的精確定位,可同時獲得旋轉速度大小及方向,本發明具有動態范圍大、測量旋轉速率范圍大、不對光進行相位調制就能分辨旋轉速度方向的優點。
本發明授權一種大動態范圍諧振式光纖陀螺在權利要求書中公布了:1.一種大動態范圍諧振式光纖陀螺,包括第一電壓信號源、激光器、偏振控制器、光纖耦合器、光纖環、壓電陶瓷管、第二電壓信號源、探測器和信號處理及控制系統;其特征在于:所述的第一電壓信號源的第一信號輸出端連接激光器的調制信號輸入端,所述的第一電壓信號源的第二信號輸出端連接信號處理及控制系統的第一信號輸入端,所述的激光器的光輸出端連接偏振控制器的光輸入端,所述的偏振控制器的光輸出端連接光纖耦合器的第一光輸入端,所述的光纖環分別連接光纖耦合器的第二光輸入端、第二光輸出端,所述的光纖環纏繞并固定在壓電陶瓷管的外表面,所述的光纖耦合器為2×2光纖耦合器,所述的第二電壓信號源的信號輸出端連接壓電陶瓷管的信號輸入端,所述的第二電壓信號源的信號輸入端連接信號處理及控制系統的第一信號輸出端,所述的光纖耦合器的第一光輸出端連接探測器的光輸入端,所述的探測器的信號輸出端連接信號處理及控制系統的第二信號輸入端,所述的信號處理及控制系統的第二信號輸出端輸出陀螺輸出信號;所述的光纖耦合器和光纖環構成光纖諧振腔;所述的激光器輸出連續、強度恒定、頻率可調諧的窄線寬激光,所述的激光的線寬小于光纖諧振腔的透射谷的線寬,所述的激光的頻率由激光器的調制信號輸入端的電壓大小相對應,電壓越大則激光頻率越大,電壓越小則激光頻率越小;所述的第一電壓信號源的第一信號輸出端、第二信號輸出端輸出相同的周期三角波電壓信號,此周期三角波電壓信號的電壓最大值為U2、電壓最小值為U1,此周期三角波電壓信號加載到激光器的調制信號輸入端,使激光器輸出的激光的頻率調諧范圍等于光纖諧振腔靜止時的自由譜寬;所述的壓電陶瓷管的外徑變化與其信號輸入端的電壓大小相對應,電壓越小則壓電陶瓷管的外徑越大,電壓越大則壓電陶瓷管的外徑越??;所述的第二電壓信號源的信號輸出端輸出直流電壓信號,所述的直流電壓信號加載到壓電陶瓷管的信號輸入端,控制壓電陶瓷管的外徑大小; 本光纖陀螺在工作時,所述的信號處理及控制系統輸出控制信號送入第二電壓信號源,使第二電壓信號源輸出的電壓值為0;然后,第一電壓信號源輸出周期為T的三角波電壓信號送入信號處理及控制系統,并將此三角波電壓信號加載到激光器的調制信號輸入端,同時,周期為T的光纖諧振腔的透射譜由探測器探測,探測器輸出的透射譜信號進入信號處理及控制系統;然后,信號處理及控制系統獲取三角波電壓信號和透射譜信號,如果透射譜信號中沒有透射谷,則信號處理及控制系統輸出控制信號送入第二電壓信號源,使第二電壓信號源輸出的直流電壓信號的電壓值逐漸增大,從而使壓電陶瓷管的外徑逐漸減小、光纖環的半徑逐漸減小,直至透射譜信號中出現透射谷為止;然后,信號處理及控制系統在同一時間軸上對比三角波電壓信號和透射譜信號,截取三角波電壓信號和透射譜信號的同一個周期,以三角波電壓信號的電壓最小值U1所對應的時刻為時間原點,讀取透射譜信號中透射谷的最小透射率處對應的時刻t1,如果時刻t1大于時刻t0,則旋轉速度方向為順時針,如果時刻t1小于時刻t0,則旋轉速度方向為逆時針,由時刻t1與時刻t0的差的絕對值,獲得旋轉速度大?。黄渲?,所述的時刻t0是本光纖陀螺在靜止條件下,以第一電壓信號源輸出的周期為T的三角波電壓信號的電壓最小值U1,信號處理及控制系統在同一時間軸上對比三角波電壓信號和透射譜信號,截取三角波電壓信號和透射譜信號的同一個周期,以三角波電壓信號的電壓最小值U1所對應的時刻為時間原點,讀取透射譜信號中透射谷的最小透射率處對應的時刻;最后,信號處理及控制系統輸出陀螺輸出信號,陀螺輸出信號包含旋轉速度大小及方向。
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