[發明專利]諧振式光學陀螺的復位鎖定方法及其裝置

有效

• 申請號: 201210110119.5
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN102636163A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 金仲和;俞旭輝;馬慧蓮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/68
• 分類號: 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

本發明涉及諧振式光學陀螺的鎖定技術，尤其涉及一種諧振式光學陀螺的復位鎖定方法及其裝置。

背景技術

諧振式光學陀螺是一種基于Sagnac效應實現角速度檢測的高精度慣性傳感器，它包括諧振式光纖陀螺、諧振式集成波導陀螺等一切以諧振腔為基礎的光學陀螺。

諧振式光學陀螺通過檢測光學諧振腔中順逆時針傳播光產生的諧振頻差，得到物體的旋轉角速度。為了實現陀螺轉動信號的檢測，逆（順）時針方向的諧振頻率被激光器的中心頻率所跟蹤，順（逆）時針方向的諧振頻率和激光器中心頻率的差值作為諧振式光學陀螺的轉動輸出。諧振頻率被激光器中心頻率跟蹤的過程，就是諧振式光學陀螺中經典的鎖定技術。

Si基波導或者光纖的諧振頻率漂移的速度是很快的。SiO₂的折射率隨溫度的變化系數約為10^-5?/℃，因此諧振頻率將會以1.33GHz/℃的速率漂移。光纖腔中存在類似問題。由于反饋電壓范圍的限制，激光器無法在全溫范圍內對諧振頻率跟蹤。假設激光器中心頻率的調諧系數為50MHz/V，反饋的調諧電壓范圍是10V，那么激光器只能跟蹤500MHz的諧振頻率漂移，即0.4℃的溫度變化，這限制了諧振式光學陀螺在全溫范圍內的工作，約束了它的實際應用。

發明內容

本發明的目的是克服諧振式光學陀螺鎖定技術無法在全溫范圍內跟蹤諧振頻率的問題，提供一種諧振式光學陀螺的復位鎖定方法及其裝置。

諧振式光學陀螺的復位鎖定方法是：激光器的可調諧電壓范圍為[V_min,?V_max]，激光器反饋電壓的設定閾值上限和下限分別為V_T-max和V_T-min，閾值電壓的上限V_T-max小于激光器的可調諧電壓的上限V_max，閾值電壓的下限V_T-min大于可調諧電壓的下限V_min，當激光器的反饋電壓超過設定的閾值上限V_T-max時，激光器的反饋電壓下降p×V_FSR，其中p為整數，V_FSR是諧振腔自由譜寬對應的調諧電壓范圍；當激光器的反饋電壓低于設定的閾值下限V_T-min時，激光器的反饋電壓上升p×V_FSR。

諧振式光學陀螺的復位鎖定裝置包括激光器、以光學諧振腔為核心的Sagnac效應發生裝置、伺服控制器、復位控制器；激光器、以光學諧振腔為核心的Sagnac效應發生裝置、伺服控制器、復位控制器順次相連；伺服控制器和復位控制器能在一個現場可編程門陣列FPGA、復雜可編程邏輯器件CPLD或者DSP微處理器芯片上實現。

本發明提供的諧振式光學陀螺的復位鎖定方法和裝置，簡單有效，不增加額外的硬件負擔，從軟件上解決了諧振式光學陀螺無法在全溫范圍內鎖定的問題，使得諧振式光學陀螺能在各種環境中長期穩定的工作。

附圖說明

圖1是典型的諧振曲線示意圖；

圖2是諧振式光學陀螺復位鎖定的方法流程圖；

圖3是諧振式光學陀螺的復位鎖定裝置結構示意圖；

圖中：激光器1、以光學諧振腔為核心的Sagnac效應發生裝置2、伺服控制器3、復位控制器4。

具體實施方式

如圖1所示，諧振曲線以自由譜寬周期延拓，諧振區間是諧振式光學陀螺的工作區間。光學諧振腔的諧振頻率隨溫度漂移，激光器的頻率無法在全溫范圍內跟蹤某個諧振頻率。激光器的中心頻率將無法跟蹤諧振頻率時，利用諧振曲線的周期性，可以跳到相鄰一個或幾個自由譜寬的諧振模式上，使得激光器的中心頻率能夠快速跟蹤上諧振頻率，而不影響諧振式光學陀螺的正常工作。這就是諧振式光學陀螺復位鎖定技術的基本思想。