[发明专利]谐振式微光学陀螺调制解调方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学陀螺技术领域，尤其涉及一种谐振式微光学陀螺调制解调方法及装置。

背景技术

目前，光学陀螺由于其结构全固态、动态范围大、启动时间短、稳定性高、寿命长等优点而得到广泛的研究与应用，谐振式微光学陀螺是在微小型化和高精度的要求下发展起来的一种新型的惯性角速度传感器，因为其体积小、重量轻和性能优越而备受关注。通过检测Sagnac效应引起的谐振腔中相向传输两束光之间的频率差来得到旋转角速度信号，但由于Sagnac效应是一种非常微弱的效应，因此谐振式微光学陀螺输出信号具有强噪声、弱信号的特点，容易淹没在光源输出光强自身的波动或信号检测电路的低频干扰和长期漂移中；另一方面，相同频率偏移量对应的光强变化量还取决于激光初始频率对应谐振曲线的位置。因此，要通过检测到达探测器光强的大小来直接测量陀螺转动引起的频率偏移量基本不可能，必须采用适当的调制解调方法。

现有技术中，谐振式微光学陀螺光路结构大多采用相位调制器来进行相位外调制以实现对光频的调制，但相位调制器的技术方案所固有的调制非线性、附加强度噪声等因素对光学陀螺的性能产生负面影响，降低了光学陀螺的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种谐振式微光学陀螺调制解调方法及装置，该方法调制频差大，很容易就能达到光学陀螺检测灵敏度最大点，同时能够确保光源功率和频率的高稳定性，减小了波动噪声，进一步提高了光学陀螺性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种谐振式微光学陀螺调制解调方法，所述方法包括步骤：

将谐振式微光学陀螺中的CW探测器和CCW探测器输出的光强信号转换成电信号后，分别经前置放大器放大、模数转换器转换成CW路数字信号和CCW路数字信号；

将所述CW路数字信号经数字滤波、信号解调和PI控制器数字处理后经数模转换成模拟量，并经电压放大后进入加法器第一输入端口，同时在数字信号处理器内部通过分频处理产生方波信号，经数模转换成模拟量并经电压放大后进入加法器第二输入端口；

所述加法器对两个输入信号进行信号相加，并经压控电流源转换成电流信号作用在所述谐振式微光学陀螺中的半导体激光器的驱动电流端；

通过数字信号处理器调节半导体激光器驱动电流的大小使激光器出射光频率位于CW路谐振谷中心，则此时CCW路数字信号反映了光学陀螺的旋转角速度，实现了半导体激光器驱动电流的闭环控制。

所述通过数字信号处理器调节驱动电流的大小使激光器出射光频率位于CW路谐振谷中心，则此时CCW路数字信号反映了光学陀螺的旋转角速度，具体包括：

通过数字信号处理器中的PI控制器调节驱动电流的大小使激光器出射光频率位于CW路谐振谷中心，则CCW路数字信号的输出方波幅值反映了光学陀螺的旋转角速度；

将该CCW路数字信号经数字滤波、信号解调的数字处理后作为数据输出。

所述方法还包括：

在数字信号处理器中，通过设定温控单元中DA的数字输入量为常数使输出为恒定电压，经电压放大和电压-电流变换产生恒定电流作用在所述半导体激光器的温控端，实现对所述半导体激光器的恒温控制。

本发明实施例还提供了一种谐振式微光学陀螺调制解调装置，所述装置包括采样单元、调制解调和闭环控制单元和数字信号处理器，其中：

所述采样单元，用于将谐振式微光学陀螺中的CW探测器和CCW探测器输出的光强信号转换成电信号后，分别经前置放大器放大、模数转换器转换成CW路数字信号和CCW路数字信号；

所述调制解调和闭环控制单元，用于将所述CW路数字信号经数字滤波、信号解调和PI控制器数字处理后经数模转换成模拟量，并经电压放大后进入加法器第一输入端口，同时在数字信号处理器内部通过分频处理产生方波信号，经数模转换成模拟量并经电压放大后进入加法器第二输入端口；

所述调制解调和闭环控制单元通过所述加法器对两个输入信号进行信号相加，并经压控电流源转换成电流信号作用在所述谐振式微光学陀螺中的半导体激光器的驱动电流端；

所述调制解调和闭环控制单元通过数字信号处理器调节半导体激光器驱动电流的大小使激光器出射光频率位于CW路谐振谷中心，则此时CCW路数字信号反映了光学陀螺的旋转角速度，实现了半导体激光器驱动电流的闭环控制。

所述装置还包括温控单元，