[发明专利]微光学陀螺的调制解调和反馈控制装置

说明书

技术领域

本发明属于光学陀螺技术领域，尤其是基于环行谐振腔的微光学陀螺的调制解调技术及检测控制。该调制解调技术使载体角速度引起谐振腔中顺逆时针传播的光束的谐振频率差转换成易于测量的电压差，通过该转换间接测量载体的角速度。

背景技术

谐振式光学陀螺反应角速度的量为顺逆时针传播的两束光的频率差，该频率差与旋转角速度之间有如下关系：$\mathrm{\Δf}=\frac{4A}{\mathrm{\λL}}\mathrm{\Ω},$其中A为环行谐振腔的闭合面积，λ为静止时谐振腔中传播光的波长，L为环行谐振腔的波长，Ω为载体的角速度。通过检测得到该频率差就可以计算出载体的角速度。而直接测量两束光的频率差似乎并不容易，且检测精度也不会太高，因此需要一种调制解调技术来将频率差转化为另一种易于测量的物理量。

目前，对谐振式微光学陀螺，大多采用双频率锯齿波调制方式。对于敏感环长度极短的微光学陀螺，需要调制信号产生的频率差很高，若采用模拟锯齿波方式，那么锯齿波的回扫时间将严重影响调制效果；若采用数字锯齿波方式，则高频数字信号有明显的台阶效应，也会影响调制效果。为了克服上述缺陷本发明人提出一种基于三角波的调制方式，该调制方式具有调制频差大，动态范围大，精度高，调制效果好等优点。同时采用双路反馈控制增加了闭环锁定的稳定性，不易受环境噪声影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于环行谐振腔的微光学陀螺的调制解调及检测控制装置，该装置采用了基于三角波的双频率调制解调方法，将频差信号转换成电压差信号，容易实现检测，可根据谐振腔的谐振特性改变调制频率，以获得最大的检测范围或最高的检测精度。采用本发明的检测控制方法，根据顺时针光路输出信号实现闭环反馈控制，光源出射光频率始终锁定在顺时针光路的谐振频率点，陀螺的输出避免了载体角速度以外因素的影响，且调制信号使陀螺工作在光路输出的近似线性范围内，陀螺检测精度高，动态范围大，标度因素线性度好。

本发明是一种微光学陀螺的调制解调和反馈控制装置，由电源电路单元、数字信号处理器、信号采集单元A、信号采集单元B、三角波信号发生器、闭环反馈单元、频率控制单元和温度控制单元组成。

所述信号采集单元A将采集得到的由第一探测器输出的顺时针光路信号f_CW-0经第一前置放大器放大后，经模数转换器A转换输出的数字信号f_CW-1给数字信号处理器；

所述信号采集单元B将采集得到的由第二探测器输出的逆时针光路信号f_CCW-0经第二前置放大器放大后，经模数转换器B转换输出的数字信号f_CCW-1给数字信号处理器；

数字信号处理器对接收的数字信号f_CW-1进行解调后输出A路频率补偿信号f_CW-2给频率控制单元，频率控制单元对接收的A路频率补偿信号f_CW-2经数模转换器A、电压变换电路后输出电压信号f_CW-3给光源；

数字信号处理器对接收的数字信号f_CCW-1进行解调后输出B路频率补偿信号f_CCW-2给闭环反馈单元，闭环反馈单元对接收的B路频率补偿信号f_CCW-2经数模转换器B、模拟放大器后输出斜波信号f_CCW-3给第二相位移频器；

数字信号处理器产生一系统工作的同步时钟信号f_FB送至三角波信号发生器，作为三角波信号发生器产生三角波调制信号f_SJ的相位基准，产生的三角波调制信号f_SJ分别给第一相位移频器和第二相位移频器；