CN117330049B - 基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及谐振式光学陀螺技术领域，具体是一种基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器及测量方法。本发明解决了奇异点结构光学陀螺鲁棒性较差的问题。基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器，包括可调谐窄线宽激光器、第一隔离器、第一光纤耦合器、第一光纤维、第二光纤维、第一分束合束器、第二分束合束器、第三光纤维、第二光纤耦合器、第四光纤维、第五光纤维、第三光纤耦合器、第一光纤环形谐振腔、相位调制器、半透半反镜、第一光电探测器、双踪示波器、计算机、泵浦光源、第二隔离器、第四光纤耦合器、第六光纤维、第二光电探测器。本发明适用于角速度测量。
Description
技术领域
本发明涉及谐振式光学陀螺技术领域，具体是一种基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器及测量方法。
背景技术
谐振式光学陀螺在目前的研究中具有体积和成本方面的优势，因而成为目前的研究热点。但其依赖的萨格纳克效应致使响应与角速度呈强线性关系，直接导致在低角速度下的响应很弱。为了解决这一问题，一些科研团队提出了将宇称时间对称和反宇称时间对称引入光学陀螺领域，其类平方根响应与奇异点密不可分。实际应用中，奇异点光学陀螺由于自身结构限制，在相位发生微小改变或者受到其他非转速扰动时会出现工作状态不稳定，由此导致其鲁棒性较差，无法稳定测量转动信号。基于此，有必要发明一种基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器及测量方法，以解决奇异点结构光学陀螺鲁棒性较差的问题。
发明内容
本发明为了解决奇异点结构光学陀螺鲁棒性较差的问题，提供了一种基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器及测量方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器，包括可调谐窄线宽激光器、第一隔离器、第一光纤耦合器、第一光纤维、第二光纤维、第一分束合束器、第二分束合束器、第三光纤维、第二光纤耦合器、第四光纤维、第五光纤维、第三光纤耦合器、第一光纤环形谐振腔、相位调制器、半透半反镜、第一光电探测器、双踪示波器、计算机、泵浦光源、第二隔离器、第四光纤耦合器、第六光纤维、第二光电探测器；
可调谐窄线宽激光器的出射端与第一隔离器的入射端连接；第一隔离器的出射端与第一光纤耦合器的第一端口连接；
第一光纤耦合器的第二端口通过第一光纤维与第一分束合束器的第一端口连接；第一光纤耦合器的第四端口通过第二光纤维与第二分束合束器的第二端口连接；第二光纤维中掺杂有一段稀土离子铒；第一分束合束器的第二端口通过第三光纤维与第四光纤耦合器的第二端口连接；第二分束合束器的第一端口通过第六光纤维与第四光纤耦合器的第四端口连接；第一光纤维、第二光纤维、第一分束合束器、第二分束合束器、第三光纤维、第四光纤耦合器、第六光纤维共同组成第二光纤环形谐振腔；
第一分束合束器的第三端口与第二光纤耦合器的第一端口连接；第二光纤耦合器的第三端口与第四光纤维的首端连接；第四光纤维的尾端与第三光纤耦合器的第一端口连接；第二光纤耦合器的第四端口与第五光纤维的首端连接；第五光纤维的尾端与第三光纤耦合器的第三端口连接；第三光纤耦合器的第二端口和第四端口均与第一光纤环形谐振腔连接；第二光纤耦合器、第四光纤维、第五光纤维、第三光纤耦合器、第一光纤环形谐振腔共同组成反射结构；
第一光纤耦合器的第三端口通过相位调制器与半透半反镜的入射端连接；半透半反镜的出射端与第一光电探测器的入射端连接；第一光电探测器的信号输出端与双踪示波器的第一个信号输入端连接；双踪示波器的信号输出端与计算机的信号输入端连接；
泵浦光源的出射端与第二隔离器的入射端连接；第二隔离器的出射端与第四光纤耦合器的第一端口连接；第二分束合束器的第三端口与第二光电探测器的入射端连接；第二光电探测器的信号输出端与双踪示波器的第二个信号输入端连接。
第一分束合束器为50:50的分束合束器；第二分束合束器为可变耦合比例的分束合束器。
基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度测量方法（该方法是基于本发明所述的基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
步骤一：启动可调谐窄线宽激光器和泵浦光源；可调谐窄线宽激光器发出1550nm波段的探测光，探测光依次经第一隔离器、第一光纤耦合器、第二光纤维入射到第二分束合束器，并经第二分束合束器衰减光功率后依次经第六光纤维、第四光纤耦合器、第三光纤维、第一分束合束器、第一光纤维、第一光纤耦合器、相位调制器入射到半透半反镜；泵浦光源发出980nm波段的泵浦光，泵浦光依次经第二隔离器、第四光纤耦合器、第六光纤维、第二分束合束器入射到第二光纤维，使得第二光纤维中的铒离子产生粒子数反转，由此为经过第二光纤维的探测光提供增益；
入射到半透半反镜的探测光分为两束：第一束入射到第一光电探测器，并经第一光电探测器转换为第一路电信号；第二束返回相位调制器，并依次经第一光纤耦合器、第一光纤维入射到第一分束合束器，然后经第一分束合束器分为两束：第一束入射到反射结构，并经反射结构反射后依次经第一分束合束器、第一光纤维、第一光纤耦合器、相位调制器入射到半透半反镜；第二束依次经第三光纤维、第四光纤耦合器、第六光纤维入射到第二分束合束器，并经第二分束合束器分为两束：第一束依次经第二光纤维、第一光纤耦合器返回第一隔离器；第二束入射到第二光电探测器，并经第二光电探测器转换为第二路电信号；
两路电信号均传输至双踪示波器，并经双踪示波器转换为透射谱；透射谱一方面显示于双踪示波器上，另一方面传输至计算机；
步骤二：调控传感器并使其处于奇异面上；具体调控步骤如下：
步骤a：先将第三光纤耦合器的第二端口和第四端口均与第一光纤环形谐振腔断开，再调节第二光纤环形谐振腔的谐振频率点并使其达到稳定，然后记录其谐振频率点，而后将第三光纤耦合器的第二端口和第四端口均与第一光纤环形谐振腔连接；
步骤b：首先，将第一隔离器的出射端与第一光纤耦合器的第一端口断开，将第二光纤耦合器的第三端口与第四光纤维的首端断开，将第一隔离器的出射端与第四光纤维的首端连接；然后，将第二光纤耦合器的第四端口与第五光纤维的首端断开，将半透半反镜的出射端与第一光电探测器的入射端断开，将第五光纤维的首端与第一光电探测器的入射端连接；然后，利用压电陶瓷对第一光纤环形谐振腔施加轴向应力，并通过调节压电陶瓷的驱动电压来调节第一光纤环形谐振腔的谐振频率点，由此使得第一光纤环形谐振腔的一个谐振频率点和记录下的第二光纤环形谐振腔的一个谐振频率点相重合；此时，由于第一光纤环形谐振腔处于临界耦合状态，第二光纤环形谐振腔的该谐振频率点对应的反射结构的反射率为零；
步骤c：首先，将第一隔离器的出射端与第四光纤维的首端断开，将第一隔离器的出射端与第一光纤耦合器的第一端口连接，将第二光纤耦合器的第三端口与第四光纤维的首端连接；然后，将第五光纤维的首端与第一光电探测器的入射端断开，将第二光纤耦合器的第四端口与第五光纤维的首端连接，将半透半反镜的出射端与第一光电探测器的入射端连接；然后，通过调节相位调制器使得第一分束合束器与半透半反镜之间的相位差为π的整数倍；此时，传感器处于奇异面上；
在奇异面上，每个点都是奇异点；当传感器不发生旋转时，外界干扰的变化将促使工作点游走于奇异面上，但工作点仍锁定在奇异点上，透射谱不发生劈裂；当传感器发生旋转时，第二光纤环形谐振腔的该谐振频率点对应的反射结构的反射率发生变化，反射率的变化诱使逆时针模式至顺时针模式的单向耦合强度发生变化，工作点被推离奇异面，由此使得透射谱发生劈裂；计算机实时监测透射谱的劈裂距离，并将透射谱的劈裂距离代入传感器的角速度测量方程，由此计算出传感器的角速度；所述传感器的角速度测量方程表示如下：
；
其中，；
式中：表示透射谱的劈裂距离；表示第一光纤耦合器与第二光纤环形谐振腔
之间的耦合速率；表示半透半反镜的反射系数；表示第一分束合束器与半透半反镜之
间的相位差；表示第二光纤环形谐振腔内损耗系数；表示角速度引起的第一光纤环形谐
振腔与第二光纤环形谐振腔的谐振频率中心偏移相位差；表示第三光纤耦合器的耦合比
例；表示第二光纤环形谐振腔的衰减速率；表示第一光纤环形谐振腔与第二光纤环形
谐振腔围成的面积差；表示角速度；表示光速，其值为常量；表示探测光的波
长，其值为常量。
与奇异点结构光学陀螺相比，本发明无论在相位发生微小改变时，还是在受到其他非转速扰动时，工作状态都能够保持稳定，由此显著提高了其鲁棒性，实现了对转动信号的稳定测量。具体而言，奇异点光学陀螺在受到非转速扰动时，由于***本身的参数被影响，其工作点将直接脱离奇异点。工作点与奇异点的略微分离将导致透射谱过早劈裂。这意味着这种结构对非转速扰动同样敏感，常见的非转速扰动导致的***变化参数有模式之间的相位和谐振腔的耦合强度。而在本发明中，传感器对这样的非转速扰动并不敏感。图2是本发明中频率失谐随角速度和相位调制器的相位变化示意图。如图2所示，当相位为0.5π时，频率失谐轨迹为零输出线。当相位为π时，频率失谐轨迹为饱满的平方根曲线。当相位从π向0.5π过渡时，频率失谐轨迹由饱满的平方根曲线平滑地过渡到零输出线，并没有因为相位发生微小改变而出现工作状态不稳定。这意味着微小的相位变化不会致使透射谱轨迹发生非常大的变化，由此体现了本发明的高鲁棒性。图3是本发明在转速为零和转速不为零时受到非转速扰动的响应示意图。如图3所示，中间平面是本发明在转速为零时受到耦合强度和相位扰动绘成的奇异面，通过中间平面可以看出：本发明在受到非转速扰动时，工作点在奇异面上游走，但每个点仍是奇异点（不会像奇异点结构光学陀螺一样受到非转速扰动时容易脱离奇异点）。耦合强度和相位扰动在传感器不发生旋转时不会致使透射谱劈裂，由此体现了本发明的高鲁棒性。上下两个曲面是本发明在转速不为零时受到耦合强度和相位扰动绘成的工作点曲线，通过上下两个曲面可以看出：本发明在受到转速扰动时，工作点会脱离奇异面，以与奇异点结构相似的平方根曲线劈裂。
本发明有效解决了奇异点结构光学陀螺鲁棒性较差的问题，适用于角速度测量。
附图说明
图1是本发明中基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器的结构示意图。
图2是本发明中频率失谐随角速度和相位调制器的相位变化示意图。
图3是本发明在转速为零和转速不为零时受到非转速扰动的响应示意图。
图中：1-可调谐窄线宽激光器，2-第一隔离器，3-第一光纤耦合器，4-第一光纤维，5-第二光纤维，6-第一分束合束器，7-第二分束合束器，8-第三光纤维，9-第二光纤耦合器，10-第四光纤维，11-第五光纤维，12-第三光纤耦合器，13-第一光纤环形谐振腔，14-相位调制器，15-半透半反镜，16-第一光电探测器，17-双踪示波器，18-计算机，19-泵浦光源，20-第二隔离器，21-第四光纤耦合器，22-第六光纤维，23-第二光电探测器；PZT表示压电陶瓷。
具体实施方式
基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器，包括可调谐窄线宽激光器1、第一隔离器2、第一光纤耦合器3、第一光纤维4、第二光纤维5、第一分束合束器6、第二分束合束器7、第三光纤维8、第二光纤耦合器9、第四光纤维10、第五光纤维11、第三光纤耦合器12、第一光纤环形谐振腔13、相位调制器14、半透半反镜15、第一光电探测器16、双踪示波器17、计算机18、泵浦光源19、第二隔离器20、第四光纤耦合器21、第六光纤维22、第二光电探测器23；
可调谐窄线宽激光器1的出射端与第一隔离器2的入射端连接；第一隔离器2的出射端与第一光纤耦合器3的第一端口连接；
第一光纤耦合器3的第二端口通过第一光纤维4与第一分束合束器6的第一端口连接；第一光纤耦合器3的第四端口通过第二光纤维5与第二分束合束器7的第二端口连接；第二光纤维5中掺杂有一段稀土离子铒；第一分束合束器6的第二端口通过第三光纤维8与第四光纤耦合器21的第二端口连接；第二分束合束器7的第一端口通过第六光纤维22与第四光纤耦合器21的第四端口连接；第一光纤维4、第二光纤维5、第一分束合束器6、第二分束合束器7、第三光纤维8、第四光纤耦合器21、第六光纤维22共同组成第二光纤环形谐振腔；
第一分束合束器6的第三端口与第二光纤耦合器9的第一端口连接；第二光纤耦合器9的第三端口与第四光纤维10的首端连接；第四光纤维10的尾端与第三光纤耦合器12的第一端口连接；第二光纤耦合器9的第四端口与第五光纤维11的首端连接；第五光纤维11的尾端与第三光纤耦合器12的第三端口连接；第三光纤耦合器12的第二端口和第四端口均与第一光纤环形谐振腔13连接；第二光纤耦合器9、第四光纤维10、第五光纤维11、第三光纤耦合器12、第一光纤环形谐振腔13共同组成反射结构；
第一光纤耦合器3的第三端口通过相位调制器14与半透半反镜15的入射端连接；半透半反镜15的出射端与第一光电探测器16的入射端连接；第一光电探测器16的信号输出端与双踪示波器17的第一个信号输入端连接；双踪示波器17的信号输出端与计算机18的信号输入端连接；
泵浦光源19的出射端与第二隔离器20的入射端连接；第二隔离器20的出射端与第四光纤耦合器21的第一端口连接；第二分束合束器7的第三端口与第二光电探测器23的入射端连接；第二光电探测器23的信号输出端与双踪示波器17的第二个信号输入端连接。
第一分束合束器6为50:50的分束合束器；第二分束合束器7为可变耦合比例的分束合束器。
基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度测量方法（该方法是基于本发明所述的基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
步骤一：启动可调谐窄线宽激光器1和泵浦光源19；可调谐窄线宽激光器1发出1550nm波段的探测光，探测光依次经第一隔离器2、第一光纤耦合器3、第二光纤维5入射到第二分束合束器7，并经第二分束合束器7衰减光功率后依次经第六光纤维22、第四光纤耦合器21、第三光纤维8、第一分束合束器6、第一光纤维4、第一光纤耦合器3、相位调制器14入射到半透半反镜15；泵浦光源19发出980nm波段的泵浦光，泵浦光依次经第二隔离器20、第四光纤耦合器21、第六光纤维22、第二分束合束器7入射到第二光纤维5，使得第二光纤维5中的铒离子产生粒子数反转，由此为经过第二光纤维5的探测光提供增益；
入射到半透半反镜15的探测光分为两束：第一束入射到第一光电探测器16，并经第一光电探测器16转换为第一路电信号；第二束返回相位调制器14，并依次经第一光纤耦合器3、第一光纤维4入射到第一分束合束器6，然后经第一分束合束器6分为两束：第一束入射到反射结构，并经反射结构反射后依次经第一分束合束器6、第一光纤维4、第一光纤耦合器3、相位调制器14入射到半透半反镜15；第二束依次经第三光纤维8、第四光纤耦合器21、第六光纤维22入射到第二分束合束器7，并经第二分束合束器7分为两束：第一束依次经第二光纤维5、第一光纤耦合器3返回第一隔离器2；第二束入射到第二光电探测器23，并经第二光电探测器23转换为第二路电信号；
两路电信号均传输至双踪示波器17，并经双踪示波器17转换为透射谱；透射谱一方面显示于双踪示波器17上，另一方面传输至计算机18；
步骤二：调控传感器并使其处于奇异面上；具体调控步骤如下：
步骤a：先将第三光纤耦合器12的第二端口和第四端口均与第一光纤环形谐振腔13断开，再调节第二光纤环形谐振腔的谐振频率点并使其达到稳定，然后记录其谐振频率点，而后将第三光纤耦合器12的第二端口和第四端口均与第一光纤环形谐振腔13连接；
步骤b：首先，将第一隔离器2的出射端与第一光纤耦合器3的第一端口断开，将第二光纤耦合器9的第三端口与第四光纤维10的首端断开，将第一隔离器2的出射端与第四光纤维10的首端连接；然后，将第二光纤耦合器9的第四端口与第五光纤维11的首端断开，将半透半反镜15的出射端与第一光电探测器16的入射端断开，将第五光纤维11的首端与第一光电探测器16的入射端连接；然后，利用压电陶瓷对第一光纤环形谐振腔13施加轴向应力，并通过调节压电陶瓷的驱动电压来调节第一光纤环形谐振腔13的谐振频率点，由此使得第一光纤环形谐振腔13的一个谐振频率点和记录下的第二光纤环形谐振腔的一个谐振频率点相重合；此时，由于第一光纤环形谐振腔13处于临界耦合状态，第二光纤环形谐振腔的该谐振频率点对应的反射结构的反射率为零；
步骤c：首先，将第一隔离器2的出射端与第四光纤维10的首端断开，将第一隔离器2的出射端与第一光纤耦合器3的第一端口连接，将第二光纤耦合器9的第三端口与第四光纤维10的首端连接；然后，将第五光纤维11的首端与第一光电探测器16的入射端断开，将第二光纤耦合器9的第四端口与第五光纤维11的首端连接，将半透半反镜15的出射端与第一光电探测器16的入射端连接；然后，通过调节相位调制器14使得第一分束合束器6与半透半反镜15之间的相位差为π的整数倍；此时，传感器处于奇异面上；
在奇异面上，每个点都是奇异点；当传感器不发生旋转时，外界干扰的变化将促使工作点游走于奇异面上，但工作点仍锁定在奇异点上，透射谱不发生劈裂；当传感器发生旋转时，第二光纤环形谐振腔的该谐振频率点对应的反射结构的反射率发生变化，反射率的变化诱使逆时针模式至顺时针模式的单向耦合强度发生变化，工作点被推离奇异面，由此使得透射谱发生劈裂；计算机18实时监测透射谱的劈裂距离，并将透射谱的劈裂距离代入传感器的角速度测量方程，由此计算出传感器的角速度；所述传感器的角速度测量方程表示如下：
；
其中，；
式中：表示透射谱的劈裂距离；表示第一光纤耦合器3与第二光纤环形谐振
腔之间的耦合速率；表示半透半反镜15的反射系数；表示第一分束合束器6与半透半反
镜15之间的相位差；表示第二光纤环形谐振腔内损耗系数；表示角速度引起的第一光纤
环形谐振腔13与第二光纤环形谐振腔的谐振频率中心偏移相位差；表示第三光纤耦合器
12的耦合比例；表示第二光纤环形谐振腔的衰减速率；表示第一光纤环形谐振腔13与
第二光纤环形谐振腔围成的面积差；表示角速度；表示光速，其值为常量；表示
探测光的波长，其值为常量。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器，其特征在于：包括可调谐窄线宽激光器（1）、第一隔离器（2）、第一光纤耦合器（3）、第一光纤维（4）、第二光纤维（5）、第一分束合束器（6）、第二分束合束器（7）、第三光纤维（8）、第二光纤耦合器（9）、第四光纤维（10）、第五光纤维（11）、第三光纤耦合器（12）、第一光纤环形谐振腔（13）、相位调制器（14）、半透半反镜（15）、第一光电探测器（16）、双踪示波器（17）、计算机（18）、泵浦光源（19）、第二隔离器（20）、第四光纤耦合器（21）、第六光纤维（22）、第二光电探测器（23）；
可调谐窄线宽激光器（1）的出射端与第一隔离器（2）的入射端连接；第一隔离器（2）的出射端与第一光纤耦合器（3）的第一端口连接；
第一光纤耦合器（3）的第二端口通过第一光纤维（4）与第一分束合束器（6）的第一端口连接；第一光纤耦合器（3）的第四端口通过第二光纤维（5）与第二分束合束器（7）的第二端口连接；第二光纤维（5）中掺杂有一段稀土离子铒；第一分束合束器（6）的第二端口通过第三光纤维（8）与第四光纤耦合器（21）的第二端口连接；第二分束合束器（7）的第一端口通过第六光纤维（22）与第四光纤耦合器（21）的第四端口连接；第一光纤维（4）、第二光纤维（5）、第一分束合束器（6）、第二分束合束器（7）、第三光纤维（8）、第四光纤耦合器（21）、第六光纤维（22）共同组成第二光纤环形谐振腔；
第一分束合束器（6）的第三端口与第二光纤耦合器（9）的第一端口连接；第二光纤耦合器（9）的第三端口与第四光纤维（10）的首端连接；第四光纤维（10）的尾端与第三光纤耦合器（12）的第一端口连接；第二光纤耦合器（9）的第四端口与第五光纤维（11）的首端连接；第五光纤维（11）的尾端与第三光纤耦合器（12）的第三端口连接；第三光纤耦合器（12）的第二端口和第四端口均与第一光纤环形谐振腔（13）连接；第二光纤耦合器（9）、第四光纤维（10）、第五光纤维（11）、第三光纤耦合器（12）、第一光纤环形谐振腔（13）共同组成反射结构；
第一光纤耦合器（3）的第三端口通过相位调制器（14）与半透半反镜（15）的入射端连接；半透半反镜（15）的出射端与第一光电探测器（16）的入射端连接；第一光电探测器（16）的信号输出端与双踪示波器（17）的第一个信号输入端连接；双踪示波器（17）的信号输出端与计算机（18）的信号输入端连接；
泵浦光源（19）的出射端与第二隔离器（20）的入射端连接；第二隔离器（20）的出射端与第四光纤耦合器（21）的第一端口连接；第二分束合束器（7）的第三端口与第二光电探测器（23）的入射端连接；第二光电探测器（23）的信号输出端与双踪示波器（17）的第二个信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器，其特征在于：第一分束合束器（6）为50:50的分束合束器；第二分束合束器（7）为可变耦合比例的分束合束器。
3.一种基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度测量方法，该方法是基于如权利要求1所述的基于奇异面的腔内反射高鲁棒性角速度传感器实现的，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
步骤一：启动可调谐窄线宽激光器（1）和泵浦光源（19）；可调谐窄线宽激光器（1）发出1550nm波段的探测光，探测光依次经第一隔离器（2）、第一光纤耦合器（3）、第二光纤维（5）入射到第二分束合束器（7），并经第二分束合束器（7）衰减光功率后依次经第六光纤维（22）、第四光纤耦合器（21）、第三光纤维（8）、第一分束合束器（6）、第一光纤维（4）、第一光纤耦合器（3）、相位调制器（14）入射到半透半反镜（15）；泵浦光源（19）发出980nm波段的泵浦光，泵浦光依次经第二隔离器（20）、第四光纤耦合器（21）、第六光纤维（22）、第二分束合束器（7）入射到第二光纤维（5），使得第二光纤维（5）中的铒离子产生粒子数反转，由此为经过第二光纤维（5）的探测光提供增益；
入射到半透半反镜（15）的探测光分为两束：第一束入射到第一光电探测器（16），并经第一光电探测器（16）转换为第一路电信号；第二束返回相位调制器（14），并依次经第一光纤耦合器（3）、第一光纤维（4）入射到第一分束合束器（6），然后经第一分束合束器（6）分为两束：第一束入射到反射结构，并经反射结构反射后依次经第一分束合束器（6）、第一光纤维（4）、第一光纤耦合器（3）、相位调制器（14）入射到半透半反镜（15）；第二束依次经第三光纤维（8）、第四光纤耦合器（21）、第六光纤维（22）入射到第二分束合束器（7），并经第二分束合束器（7）分为两束：第一束依次经第二光纤维（5）、第一光纤耦合器（3）返回第一隔离器（2）；第二束入射到第二光电探测器（23），并经第二光电探测器（23）转换为第二路电信号；
两路电信号均传输至双踪示波器（17），并经双踪示波器（17）转换为透射谱；透射谱一方面显示于双踪示波器（17）上，另一方面传输至计算机（18）；
步骤二：调控传感器并使其处于奇异面上；具体调控步骤如下：
步骤a：先将第三光纤耦合器（12）的第二端口和第四端口均与第一光纤环形谐振腔（13）断开，再调节第二光纤环形谐振腔的谐振频率点并使其达到稳定，然后记录其谐振频率点，而后将第三光纤耦合器（12）的第二端口和第四端口均与第一光纤环形谐振腔（13）连接；
步骤b：首先，将第一隔离器（2）的出射端与第一光纤耦合器（3）的第一端口断开，将第二光纤耦合器（9）的第三端口与第四光纤维（10）的首端断开，将第一隔离器（2）的出射端与第四光纤维（10）的首端连接；然后，将第二光纤耦合器（9）的第四端口与第五光纤维（11）的首端断开，将半透半反镜（15）的出射端与第一光电探测器（16）的入射端断开，将第五光纤维（11）的首端与第一光电探测器（16）的入射端连接；然后，利用压电陶瓷对第一光纤环形谐振腔（13）施加轴向应力，并通过调节压电陶瓷的驱动电压来调节第一光纤环形谐振腔（13）的谐振频率点，由此使得第一光纤环形谐振腔（13）的一个谐振频率点和记录下的第二光纤环形谐振腔的一个谐振频率点相重合；此时，由于第一光纤环形谐振腔（13）处于临界耦合状态，第二光纤环形谐振腔的该谐振频率点对应的反射结构的反射率为零；
步骤c：首先，将第一隔离器（2）的出射端与第四光纤维（10）的首端断开，将第一隔离器（2）的出射端与第一光纤耦合器（3）的第一端口连接，将第二光纤耦合器（9）的第三端口与第四光纤维（10）的首端连接；然后，将第五光纤维（11）的首端与第一光电探测器（16）的入射端断开，将第二光纤耦合器（9）的第四端口与第五光纤维（11）的首端连接，将半透半反镜（15）的出射端与第一光电探测器（16）的入射端连接；然后，通过调节相位调制器（14）使得第一分束合束器（6）与半透半反镜（15）之间的相位差为π的整数倍；此时，传感器处于奇异面上；
在奇异面上，每个点都是奇异点；当传感器不发生旋转时，外界干扰的变化将促使工作点游走于奇异面上，但工作点仍锁定在奇异点上，透射谱不发生劈裂；当传感器发生旋转时，第二光纤环形谐振腔的该谐振频率点对应的反射结构的反射率发生变化，反射率的变化诱使逆时针模式至顺时针模式的单向耦合强度发生变化，工作点被推离奇异面，由此使得透射谱发生劈裂；计算机（18）实时监测透射谱的劈裂距离，并将透射谱的劈裂距离代入传感器的角速度测量方程，由此计算出传感器的角速度；所述传感器的角速度测量方程表示如下：
；
其中，；
式中：表示透射谱的劈裂距离；/>表示第一光纤耦合器（3）与第二光纤环形谐振腔之间的耦合速率；/>表示半透半反镜（15）的反射系数；/>表示第一分束合束器（6）与半透半反镜（15）之间的相位差；/>表示第二光纤环形谐振腔内损耗系数；/>表示角速度引起的第一光纤环形谐振腔（13）与第二光纤环形谐振腔的谐振频率中心偏移相位差；/>表示第三光纤耦合器（12）的耦合比例；/>表示第二光纤环形谐振腔的衰减速率；/>表示第一光纤环形谐振腔（13）与第二光纤环形谐振腔围成的面积差；/>表示角速度；/>表示光速，其值为常量；/>表示探测光的波长，其值为常量/>。
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