[發明專利]一種諧振式光學陀螺標度因數測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201310024929.3
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103115628A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 馮麗爽;郅銀周;雷明;劉惠蘭;王俊杰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文利

1.一種諧振式光學陀螺標度因數測試裝置，包括組合信號源模塊、光電混合模塊和數字信號處理模塊；

所述組合信號源模塊包括信號源A和信號源B；信號源A產生鋸齒波信號，通過設定鋸齒波參數，模擬陀螺旋轉角速度，信號源B產生調制信號，信號源A和信號源B的負電極相連，信號源A的正電極連接光電混合模塊內第一調制臂的下電極和第二調制臂的上電極，信號源B的正電極連接光電混合模塊內第一調制臂的上電極和第二調制臂的下電極；

所述光電混合模塊包括光源、光隔、起偏器、集成光學相位調制器、耦合器A、耦合器B、耦合器C、光學諧振腔、光電探測器A和光電探測器B；光源順次通過光隔、起偏器與集成光學相位調制器連接，集成光學相位調制器為Y分支結構，集成光學相位調制器包括第一調制臂和第二調制臂，每個調制臂均具有上下兩個電極，用于連接調制信號，其中第一調制臂的下電極和第二調制臂的上電極相連，第一調制臂的上電極和第二調制臂的下電極相連；光學諧振腔上集成了耦合器A、耦合器B和耦合器C，其中集成光學相位調制器的第一調制臂與光學諧振腔上的耦合器A相連，集成光學相位調制器的第二調制臂與光學諧振腔上的耦合器B相連，耦合器A和耦合器B又分別和耦合器C相連；

光源發出的光，順次經過光隔、起偏器后，進入集成光學相位調制器，光經過第一調制臂后為CW光，CW表示順時針，CW光依次通過耦合器A、耦合器C進入保偏光學諧振腔，在光學諧振腔內傳輸不同圈數的CW光相干出射，依次通過耦合器C、耦合器B到達光電探測器B；光經過第二調制臂后為CCW光，CCW表示逆時針，CCW光依次通過耦合器B、耦合器C進入保偏光學諧振腔，在光學諧振腔內傳輸不同圈數的CCW光相干出射，依次通過耦合器C、耦合器A到達光電探測器A；光電探測器A一端與耦合器A相連接，另一端通過數字信號處理模塊A與光源相連接，光電探測器B一端與耦合器B相連接，另一端通過數字信號處理電路B與計算機相連接；光電探測器A探測從光學諧振腔出射的CCW光強信號，光電探測器B探測從光學諧振腔出射的CW光強信號；

所述數字信號處理模塊包括數字信號處理模塊A、數字信號處理模塊B和計算機；

數字信號處理模塊A由光電探測器A得到的CCW光強信號解調出光源中心頻率和CCW光諧振頻率之差，并將其反饋于光源，實現光源頻率對CCW光諧振頻率的跟蹤鎖定，數字信號處理模塊B由光電探測器B得到的CW光強信號解調出光源中心頻率與CW光諧振頻率之差，并將該差值轉換為陀螺角速度信息，上傳至計算機；

計算機根據模擬陀螺旋轉角速度數值與測量得到的陀螺角速度信息進行線性擬合，得到陀螺標度因數。

2.基于權利要求1所述裝置的一種諧振式光學陀螺標度因數測試方法，具體包括以下幾個步驟：

步驟一：獲取信號源A產生的鋸齒波參數和模擬旋轉角速度之間的關系：

陀螺轉動引起的CW光和CCW光的頻差Δf為：

Δf=4AnλLΩ---(1)]]>

其中：Ω為陀螺旋轉角速度，λ為光波長、n為光學諧振腔的折射率、L為光學諧振腔的周長，A為光學諧振腔的面積；

信號源A產生的鋸齒波分別反向施加在集成光學相位調制器的第一調制臂和第二調制臂，所以CW光和CCW光的頻差Δf′為：

Δf′=2VppV2πf---(2)]]>

其中：V_pp為鋸齒波峰峰值，f為鋸齒波頻率，V_2π為集成光學相位調制器全波電壓；

通過對相位調制信號疊加鋸齒波的方式來等效模擬陀螺轉動產生的頻差，令Δf＝Δf′得到鋸齒波的參數和陀螺旋轉角速度具有如下對應關系：

2VppV2πf=4AnλLΩ---(3)]]>

為了消除鋸齒波復位對相位調制的影響，令V_pp＝V_2π得到：

f=2AnλLΩ---(4)]]>

由（4）式得到鋸齒波頻率f和陀螺旋轉角速度Ω的線性關系，從而通過固定鋸齒波電壓，改變鋸齒波頻率的方式來模擬不同旋轉角速度；

步驟二：令信號源A輸出OV偏置直流電壓，模擬陀螺靜止狀態，通過信號源B對集成光學相位調制器的第一調制臂和第二調制臂同時施加調制信號，由光電探測器A得到的CCW光強信號經數字信號處理模塊A解調出光源中心頻率和CCW光諧振頻率之差，并將其反饋于光源實現光源頻率對CCW光頻率的跟蹤鎖定；

步驟三：令信號源A輸出鋸齒波電壓V_pp＝V_2π，根據步驟一中的（4）式調節鋸齒波頻率f，從而模擬陀螺不同旋轉角速度，由光電探測器B得到的CW光強信號經數字信號處理模塊B解調出陀螺輸出數據，并將該數據傳給計算機輸出，記錄不同模擬旋轉角速度條件下的陀螺輸出數據；

步驟四：根據步驟三中記錄的模擬旋轉角速度和對應的陀螺輸出數據進行最小二乘法擬合，得到陀螺標度因數。