[發明專利]基于快速、高精度的頻率跟蹤鎖定技術的諧振式光學陀螺

有效

• 申請號: 201110410722.0
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN102519446A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 馬慧蓮;嚴昱超;俞旭輝;金仲和
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/66
• 分類號: G01C19/66;G01C19/68
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及振式光學陀螺中諧振頻率伺服回路技術，尤其涉及一種基于快速、高精度的頻率跟蹤鎖定技術的諧振式光學陀螺。

背景技術

諧振式光學陀螺是一種基于Sagnac效應的高精度的新型角速度傳感器，其敏感器件光學環形諧振腔可以采用很短的光纖或集成光學的方法來實現，因而在小型化和集成化上具有獨特的優勢。在諧振式光學陀螺中，通過檢測諧振腔順時針和逆時針光路的諧振頻率差得到角速率。實際光學器件如激光器、諧振腔受溫度和應力等環境因素的影響，會在環路中引入各種互易性噪聲，而Sagnac效應引起的順時針和逆時針諧振頻率的改變是非互易的，并且極其微弱。因此，諧振式光學陀螺的調制解調方式必須至少鎖定其中一個方向傳播的光波，利用頻率伺服回路使激光器的輸出光頻率始終處于諧振狀態，通過間接探測另一方向傳播光波與激光器頻差來得到角速度，頻率跟蹤鎖定技術將直接影響陀螺實際檢測精度。

傳統的單純基于比例（Proportion，P）技術的諧振頻率伺服回路技術，在響應速度上具有較大優勢，理論上當P無窮大時，可以消除回路的鎖定殘差，實際回路中由于延時的存在，當P大于一定臨界值時候，環路將出現振蕩。因此，單純基于P的諧振頻率伺服回路鎖定后往往具有較大的殘差。在比例基礎上，加入積分（Integrator，I）環節，可有效消除鎖定殘差，然而，積分環節的加入會大大降低回路響應速度。另外，當環境溫度變化時，將引起諧振頻率線性漂移，這時候需要高次冪積分器來跟蹤溫度變化引起的諧振頻率線性漂移等問題。

諧振頻率伺服回路技術，擬通過P模塊構成快速、小幅度頻率反饋，?I（或PI）模塊構成緩慢、大幅度頻率反饋控制技術，高次冪積分器Iⁿ（n為整數，且n≥2）或（PIⁿ）用于跟蹤溫度變化引起的諧振頻率線性漂移問題，將上述P、I和Iⁿ并聯構成諧振頻率伺服回路，從而減小環路中激光器頻率快速波動及環境溫度等引起的諧振頻率漂移問題，既提高鎖頻精度，又改善系統頻率響應特性。

發明內容

本發明的目的克服現有技術不足，提供一種基于快速、高精度的頻率跟蹤鎖定技術的諧振式光學陀螺。

一種基于伺服回路閉環鎖定技術的諧振式光學陀螺包括由可調諧激光器、光學分路器、第一移頻器、第二移頻器、第三移頻器、第一調制器、第二調制器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、比例積分反饋模塊、比例控制反饋模塊和高次積分反饋模塊構成的處理電路；可調諧激光器、第三移頻器、光學分路器、第一移頻器、第一調制器、光學諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊、比例控制反饋模塊順次相連，比例控制反饋模塊與第三移頻器相連，激光器分別比例積分反饋模塊、高次積分反饋模塊相連，光學分路器與第二移頻器、第二調制器、光學諧振腔順次相連，調制解調模塊與比例積分反饋模塊相連，調制解調模塊與高次積分反饋模塊相連。

.一種基于伺服回路閉環鎖定技術的諧振式光學陀螺包括由可調諧激光器、光學分路器、第一調制器、第二調制器、第一移頻器、第二移頻器、第三移頻器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、比例控制反饋模塊、比例積分反饋模塊和高次積分反饋模塊構成的處理電路，可調諧激光器與第三移頻器、光學分路器、第一調制器、第一移頻器、光學諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊、比例控制反饋模塊順次相連，激光器分別與比例積分反饋模塊和高次積分反饋模塊相連，光學分路器與第二調制器、第二移頻器、光學諧振腔順次相連，調制解調模塊與比例控制反饋模塊、第三移頻器順次相連，調制解調模塊與比例積分反饋模塊、激光器順次相連，調制解調模塊與高次積分反饋模塊、激光器順次相連。

一種基于伺服回路閉環鎖定技術的諧振式光學陀螺包括由可調諧激光器、第三移頻器、調制器、光學分路器、第一移頻器、第二移頻器、光學諧振腔、光電轉換模塊構成的光學系統，以及由調制解調模塊、比例控制反饋模塊、比例積分反饋模塊和高次積分反饋模塊構成的處理電路，可調諧激光器與調制器、第三移頻器、光學分路器、第一移頻器、光學諧振腔、光電轉換模塊、調制解調模塊、比例控制反饋模塊順次相連，比例控制反饋模塊與第三移頻器，光學分路器與第二移頻器、光學諧振腔順次相連，調制解調模塊與比例積分反饋模塊、激光器順次相連，調制解調模塊與高次積分反饋模塊、激光器器順次相連。