[發明專利]基于多次諧波的諧振式光學陀螺調相系數穩定方法及裝置

有效

• 申請號: 201810145527.1
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108489478B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 應迪清;王澤宇;葉科斌;謝濤;毛建敏;金仲和
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/66
• 分類號: G01C19/66
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種基于多次諧波的諧振式光學陀螺調相系數穩定方法，其特征在于包括如下步驟：

相位調制系數與相位調制器的半波電壓及調相電壓有關，相位調制系數的波動會導致輸出信號斜率的變化，從而影響陀螺系統輸出信號的穩定性；

通過兩路鎖相放大器實現開環路兩種不同次諧波的解調，所述的兩種不同次諧波解調信號的比值隨相位調制系數單調變化，通過該比值信號可以表征系統中相位調制系數實際的波動情況；

系統中相位調制器的調相電壓幅度與相位調制系數正相關，通過幅度反饋控制將實時的二次及四次諧波解調信號的比值波動反饋給相位調制器的調相電壓參數，從而實現系統相位調制系數的鎖定。

2.根據權利要求1所述的諧振式光學陀螺調相系數穩定方法，其特征在于通過兩路鎖相放大器分別實現開環路一次諧波和二次諧波的解調，并將兩路解調信號V_1st及V_2nd相除的結果作為陀螺輸出信號，所得比值輸出信號的表達式中，不含激光器光強項，從而避免了半導體激光器引入伴隨強度調制噪聲，但仍含有相位調制系數項，系統相位調制系數的波動，會導致陀螺輸出曲線斜率的變化，影響陀螺系統輸出信號的穩定，且隨著轉速的增加，帶來的影響愈加明顯。

3.根據權利要求1所述的諧振式光學陀螺調相系數穩定方法，其特征在于所述的兩路鎖相放大器分別實現開環路二次諧波和四次諧波的解調，二次及四次諧波解調信號的比值隨相位調制系數單調變化。

4.根據權利要求1所述的諧振式光學陀螺調相系數穩定方法，其特征在于通過傅里葉變換將正弦波相位調制的激光展開為各個諧波頻率分量之和，將各個諧波頻率分量代入光場傳輸函數得到每個諧波頻率分量經過光學諧振腔后的光場表達式，將所有這些表達式相加后，得到諧振腔的輸出光場，進而可得到輸出光強的表達式，與光電轉換系數相乘后，得到光電探測器輸出電壓信號的表達式，光電探測器輸出電壓信號分別經過三個鎖相放大器，完成解調并低通濾波后分別得到一次諧波、二次諧波、四次諧波的解調信號。

5.一種實現權利要求1所述基于多次諧波的諧振式光學陀螺調相系數穩定方法的裝置，其特征在于包括：可調諧半導體激光器(1)、隔離器(2)、分光耦合器(3)、第一路相位調制器(4)、第二路相位調制器(5)、第一路信號源(6)、第二路信號源(7)、輸入端耦合器(8)、光學諧振腔(9)、輸出端耦合器(10)、第一路光電探測器(11)、第一路鎖相放大器(12)、頻率伺服回路(13)、第二路光電探測器(14)、第二路鎖相放大器(15)、第三路信號源(18)、第三路鎖相放大器(16)、第四路信號源(19)、第四路鎖相放大器(17)、第一諧波相除模塊(20)、第二諧波相除模塊(21)、反饋控制模塊(22)和幅度控制模塊(23)；

可調諧半導體激光器(1)與隔離器(2)相連，隔離器(2)與分光耦合器(3)相連，分光耦合器(3)的兩路輸出分別與第一路相位調制器(4)和第二路相位調制器(5)相連，第一路相位調制器(4)和第二路相位調制器(5)的輸出光通過輸入端耦合器(8)進入光學諧振腔(9)，光學諧振腔(9)中的兩路光通過輸出端耦合器(10)輸出后分別與第一路光電探測器(11)和第二路光電探測器(14)相連，第一路光電探測器(11)的輸出依次與第一路鎖相放大器(12)、頻率伺服回路(13)及可調諧半導體激光器(1)的調諧端相連，構成頻率伺服回路；第二路光電探測器(14)的輸出分別與第二路鎖相放大器(15)、第三路鎖相放大器(16)、第四路鎖相放大器(17)相連，第二路鎖相放大器(15)與第三路鎖相放大器(16)的輸出分別與第一諧波相除模塊(20)相連，第三路鎖相放大器(16)、第四路鎖相放大器(17)的輸出分別與第二諧波相除模塊(21)相連；第二諧波相除模塊(21)的輸出與反饋控制模塊(22)相連，反饋控制模塊(22)的輸出與第二路信號源(7)的輸出分別與幅度控制模塊(23)相連，幅度控制模塊(23)的輸出作為第二路相位調制器(5)的調制信號，第二路信號源(7)的輸出同時作為第二路鎖相放大器(15)的同步解調信號，第一路信號源(6)的輸出作為第一路相位調制器(4)的調制信號和第一路鎖相放大器(12)的同步解調信號，第三路信號源(18)的輸出作為第三路鎖相放大器(16)的同步解調信號，第四路信號源(19)的輸出作為第四路鎖相放大器(17)的同步解調信號。

6.根據權利要求5所述的基于多次諧波的諧振式光學陀螺調相系數穩定裝置，其特征在于所述的第三路信號源(18)的頻率是第二路信號源(7)頻率的2倍，第三路鎖相放大器(16)用于實時解調開環路二次諧波信號；所述的第四路信號源(19)的頻率是第二路信號源(7)頻率的4倍，第四路鎖相放大器(17)用于實時解調開環路四次諧波信號。