[發(fā)明專利]一種諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210305482.6
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114942020A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設計）人: 陳侃;龔怡佳;畢然;佘玄;舒曉武
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/64
• 分類號: G01C19/64;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: 應孔月

本發(fā)明公開了一種諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法，該方法包括當可調諧激光器的實際頻率調諧量超出設定頻率復位閾值[f_min,f_max]時，陀螺進入頻率復位狀態(tài)，頻率調諧量朝超出閾值相反的方向變化f₁，再以f₂為步長繼續(xù)變化，直到激光器輸出頻率進入設定頻率復位閾值范圍內的另一正向反饋區(qū)，隨后頻率調諧量根據解調輸出進行比例反饋，待激光器輸出頻率靠近諧振腔諧振頻率后，完成復位，重新進入穩(wěn)定閉環(huán)狀態(tài)。本發(fā)明大大減少了復位時間，使得諧振式光學陀螺能夠長期有效工作，避免了傳統(tǒng)臺階復位技術中因激光器階躍響應有限產生的復位時間過長問題。

技術領域

本申請涉及光學陀螺技術領域，具體涉及一種諧振式光學陀螺的快速復位鎖定裝置及方法。

背景技術

諧振式光學陀螺是一種基于Sagnac效應的角速度傳感器，通過檢測光學諧振腔的順逆兩個方向諧振頻率差得到轉動角速度。相比于干涉式光學陀螺，諧振式光學陀螺在滿足同樣的性能指標時，需要的諧振腔環(huán)長大大縮短，從而更具小型化與集成化的潛質。

諧振式光學陀螺的工作條件是激光器頻率處在諧振腔諧振頻率附近半高全寬范圍以內。由于激光器的頻率穩(wěn)定性有限，以及諧振頻率隨溫度變化極大，諧振式光學陀螺目前大多采用閉環(huán)反饋鎖定式工作方案：將可調諧激光器的光頻率鎖定在諧振腔一個方向的諧振頻率上，此時光頻率和諧振腔另一個方向上的諧振頻率差即為順逆兩方向諧振頻率差。實際中，當反饋鎖定的調諧電壓飄出控制電路電壓范圍時，閉環(huán)反饋將會失鎖，陀螺無法正常工作。另一方面，諧振式光學陀螺中采用的可調諧激光器頻率響應帶寬有限，因此僅通過施加簡單階躍信號的方式，無法將激光器頻率穩(wěn)定移動至能夠鎖定的另一諧振頻率附近。

綜上，諧振式光學陀螺長時間在變溫環(huán)境中工作時，頻率失鎖是不可避免的，快速并準確的復位方法有助于提高諧振式光學陀螺的數據有效性。

發(fā)明內容

本申請實施例的目的是提供一種諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法，以克服可調諧激光器對階躍調制信號響應的有限性，減少諧振式光學陀螺的失鎖復位時間，減小變溫環(huán)境中復位導致的測量誤差。

根據本申請實施例，提供一種諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法，其特征在于，所述諧振式光學陀螺包括可調諧激光器、相位調制模塊、以光學諧振腔為核心的Sagnac效應發(fā)生光路、光電轉換模塊、鎖相放大解調模塊、伺服控制模塊和復位控制模塊，所述可調諧激光器的發(fā)出的光經過相位調制模塊的調制，進入以光學諧振腔為核心的Sagnac效應發(fā)生光路，其輸出光被光電轉換模塊轉換為電信號后，由鎖相放大解調模塊解調；當陀螺處于穩(wěn)定閉環(huán)狀態(tài)時，解調結果進入伺服控制模塊，產生反饋電壓，施加于可調諧激光器的頻率調諧端；當陀螺處于頻率復位狀態(tài)時，解調結果作為復位控制模塊的判定依據，由復位控制模塊輸出反饋電壓施加于可調諧激光器的頻率調諧端；

該快速復位鎖定方法包括：

當可調諧激光器的實際頻率調諧量大于設定頻率復位閾值f_max時，陀螺進入頻率復位狀態(tài)，頻率調諧量先減小f₁，再以f₂為步長不斷減小，直到激光器輸出頻率進入正向反饋區(qū)后，頻率調諧量根據解調輸出進行比例反饋，待激光器輸出頻率靠近諧振腔諧振頻率后，完成復位，進入穩(wěn)定閉環(huán)狀態(tài)；

當可調諧激光器的實際頻率調諧量小于設定頻率復位閾值f_min時，陀螺進入頻率復位狀態(tài)，頻率調諧量先增大f₁，再以f₂為步長不斷增大，直到激光器輸出頻率進入正向反饋區(qū)后，頻率調諧量根據解調輸出進行比例反饋，待激光器輸出頻率靠近諧振腔諧振頻率后，完成復位，進入穩(wěn)定閉環(huán)狀態(tài)；

當可調諧激光器的實際頻率調諧量位于設定頻率復位閾值[f_min,f_max]之間時，陀螺位于穩(wěn)定閉環(huán)狀態(tài)，采取比例積分控制將激光器輸出頻率鎖定至諧振腔諧振頻率處。