[发明专利]四频激光陀螺的交流稳频系统及其稳频方法

说明书

技术领域

本发明属于激光陀螺技术，涉及一种四频激光陀螺稳频系统及其稳频方法。

背景技术

激光陀螺是一种基于Sagnac效应的光学陀螺。当载体相对于惯性空间有转速为Ω的转动时，激光陀螺将会产生一个正比于该转速的拍频输出，如(1)式所示：

Δv=4ALλΩ=KΩ---(1)]]>

其中：Δv为拍频

      A为环形光路所包围的面积

      L为环形光路的光程长度

      Ω为转动角速度

      λ为激光工作波长

      K为激光陀螺的标度因数

由于具有启动快、动态范围宽、线性度好、数字输出等诸多优点，激光陀螺在许多领域取代了传统的机械式陀螺，已经成为现代导航、制导与控制系统的核心传感器。

由(1)式知，要获得精确的角速度测量必须要求标度因数高度稳定。当环境温度改变时，引起环路光程长度L发生变化，从而导致标度因数发生变化。因此必须采取稳频技术(稳腔长)才能确保激光陀螺在全温度范围内正常工作，以获得精确的角速度测量。

稳频是四频激光陀螺工作的基本前提，稳频精度是四频激光陀螺性能的重要影响因素之一。对四频激光陀螺而言，传统的方法是采用光强差稳频。在四频激光陀螺的谐振腔内运行着左旋顺、逆时针光(简称左陀螺)和右旋顺、逆时针光(简称右陀螺)，v_L为左陀螺频率，v_R为右陀螺频率，详见图1。稳频要求把左、右陀螺的平均频率稳定在增益最大处(v＝v_m)。理想情况下，增益曲线相对于v_m是对称的。因此，只需将左、右陀螺的光强稳定在等光强处。左、右陀螺的光强差即作为反馈控制量，通过闭环控制使得左、右陀螺的光强差为零。

请参阅图2，其是现有技术光强差稳频的原理框图。图中，1和2为平面镜(部分透射)，3和4为带稳频压电组件(PZT)的球面镜，5为λ/4波片，6为检偏器。从平面镜2输出的顺、逆时针光强中均含有左右陀螺的光强，经光学分光(λ/4波片5和检偏器6)分别得到左陀螺和右陀螺的光强(例如：左陀螺的顺时针光和右陀螺的逆时针光)，经光电转换和差分放大后，得到左右陀螺的光强差，PID控制器输出控制电压，经电压放大后加至稳频压电组件(PZT)上，控制球面镜3和4的伸缩来实现稳频(稳腔长)。光强差稳频存在的问题有4，其一是对平面镜2的透平衡要求较高(S光的透射尽可能接近P光透射)，而在斜入射情况下，S光的透射与P光透射相差很大，这给反射镜的镀制带来了很大困难。其二是光学分光对λ/4波片和检偏器的温度稳定性和透光率要求很高，工程上实现复杂。其三是对光电转换及后续放大电路的对称性要求极高，增加了电路的研制难度。其四是实际的增益曲线不是理想对称的，因而这种稳频方法会带来偏差。

发明内容

本发明的目的是：提出一种稳频控制简单、控制精度高的四频激光陀螺稳频控制系统。

另外，本发明还提供一种四频激光陀螺稳频控制方法。

本发明的技术方案是：一种四频激光陀螺稳频系统，其包括四频激光陀螺和交流稳频电路，所述四频激光陀螺包括两个部分透射的平面镜以及两组用于控制腔长的带稳频压电陶瓷的球面镜，所述交流稳频电路包括顺次相接的光电转换器、带通滤波器、相敏检波器、整流器、PID控制器、求和器以及电压放大器，相敏检波器与求和器之间还设置有一信号扫描器，其中，光电转换器设置在其中一个平面镜输出处，用于接收和转换该平面镜输出的光信号，而电压放大器与两个球面镜的稳频压电陶瓷相连。

接收平面镜输出光信号的光电转换器为一个时，接收顺时针光或逆时针光。

接收平面镜输出光信号的光电转换器为二个时，分别接收顺时针光和逆时针光，并经求和放大后输入到带通滤波器。

一种四频激光陀螺交流稳频方法，其包括如下步骤：

步骤1：施加交流电压进行调制