[发明专利]一种激光陀螺腔长控制系统及控制方法

说明书

本发明属于激光陀螺技术，涉及一种用于激光陀螺腔长控制的方法。本发明利用激光陀螺经合光后输出的拍频信号进行腔长控制：将拍频信号进行幅值检波，经与参考电压求差放大后得到腔长控制信号，通过三点比较法控制使得该信号稳定在极大值（增益曲线的顶点），从而实现腔长的稳定。本发明利用激光陀螺经合光输出的拍频信号进行腔长控制，无需接收陀螺顺、逆时针光的光电转换器、分光棱镜以及前置放大器，只需要1个输出镜，显著降低了成本，简化了陀螺装调工序并显著降低了腔损耗，从而有利于陀螺精度的提高。

技术领域

本发明属于激光陀螺技术，涉及一种用于激光陀螺腔长控制的方法。

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：

其中：Δν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。因此必须采取腔长控制（稳频）技术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，稳频精度是决定激光陀螺性能水平的关键因素之一。

传统的方法是采用压电交流调制来控制腔长，即在稳频压电陶瓷上施加频率为几kHz交流电压信号，对激光陀螺的腔长进行调制，光电接收器接收顺逆时针光，经带通放大求和得到交流光强，经相敏解调得到腔长控制误差信号，通过闭环控制使得该误差信号稳定在零值，从而实现腔长的稳定，使得激光陀螺工作在增益曲线的顶点（光强最大处）。

图1是压电交流调制腔长控制原理图,如图1所示：ν₀为激光陀螺第q个纵模的增益曲线的中心频率。在稳频压电陶瓷上施加频率为几KHz的正弦扫描电压。当谐振腔内激光工作频率ν〈ν₀时，即工作点位于增益曲线峰值点的左边时，经过光电转换器输出的信号为与扫描信号同频同相的电压信号，经求和放大和带通滤波器后进入到相敏检波器中，经整流器输出一正的直流电压，经过PID控制器后，输出控制电压加到稳频压电组件上，驱动压电陶瓷使腔长变长，从而驱动工作点向增益曲线的峰值点移动。当ν〉ν₀时，经过光电转换器输出的信号为与扫描信号同频反相的电压信号，经求和放大和带通滤波器后进入到相敏检波器中，经整流器输出一负的直流电压，经过PID控制器后，输出控制电压加到稳频压电组件上，，驱动压电陶瓷使腔长变短，从而驱动工作点向多普勒增益曲线的峰值点移动。当ν≈ν₀时，输出信号的频率是扫描信号频率的2倍，由于带通滤波的选通频率与扫描信号频率一致，故该信号不能通过带通滤波器，因而无输出电压加到压电陶瓷组件上，当前工作点就是增益曲线的峰值点。

发明内容

本发明的目的：提供一种能够利用拍频信号进行激光陀螺腔长控制的方法。

本发明的技术方案：一种激光陀螺腔长控制系统，其包括激光陀螺谐振腔和控制电路，其中，激光陀螺谐振腔包括四个对角反射镜构成闭合光路，其中，3个为高反镜，1个为输出镜，且输出镜上设置合光棱镜，控制电路一端经光电转换器接收合光棱镜的光信号，一端经电压放大器连接控制激光陀螺谐振腔的两个稳频球面高反镜的压电陶瓷上。

所述控制电路包括顺次连接的光电转换器、前置放大器、幅值检波器、差分放大器、PID控制器和电压放大器。