[发明专利]谐振式光学陀螺的复位锁定方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及谐振式光学陀螺的锁定技术，尤其涉及一种谐振式光学陀螺的复位锁定方法及其装置。

背景技术

谐振式光学陀螺是一种基于Sagnac效应实现角速度检测的高精度惯性传感器，它包括谐振式光纤陀螺、谐振式集成波导陀螺等一切以谐振腔为基础的光学陀螺。

谐振式光学陀螺通过检测光学谐振腔中顺逆时针传播光产生的谐振频差，得到物体的旋转角速度。为了实现陀螺转动信号的检测，逆（顺）时针方向的谐振频率被激光器的中心频率所跟踪，顺（逆）时针方向的谐振频率和激光器中心频率的差值作为谐振式光学陀螺的转动输出。谐振频率被激光器中心频率跟踪的过程，就是谐振式光学陀螺中经典的锁定技术。

Si基波导或者光纤的谐振频率漂移的速度是很快的。SiO₂的折射率随温度的变化系数约为10^-5 /℃，因此谐振频率将会以1.33GHz/℃的速率漂移。光纤腔中存在类似问题。由于反馈电压范围的限制，激光器无法在全温范围内对谐振频率跟踪。假设激光器中心频率的调谐系数为50MHz/V，反馈的调谐电压范围是10V，那么激光器只能跟踪500MHz的谐振频率漂移，即0.4℃的温度变化，这限制了谐振式光学陀螺在全温范围内的工作，约束了它的实际应用。

发明内容

本发明的目的是克服谐振式光学陀螺锁定技术无法在全温范围内跟踪谐振频率的问题，提供一种谐振式光学陀螺的复位锁定方法及其装置。

谐振式光学陀螺的复位锁定方法是：激光器的可调谐电压范围为[V_min, V_max]，激光器反馈电压的设定阈值上限和下限分别为V_T-max和V_T-min，阈值电压的上限V_T-max小于激光器的可调谐电压的上限V_max，阈值电压的下限V_T-min大于可调谐电压的下限V_min，当激光器的反馈电压超过设定的阈值上限V_T-max时，激光器的反馈电压下降p×V_FSR，其中p为整数，V_FSR是谐振腔自由谱宽对应的调谐电压范围；当激光器的反馈电压低于设定的阈值下限V_T-min时，激光器的反馈电压上升p×V_FSR。

谐振式光学陀螺的复位锁定装置包括激光器、以光学谐振腔为核心的Sagnac效应发生装置、伺服控制器、复位控制器；激光器、以光学谐振腔为核心的Sagnac效应发生装置、伺服控制器、复位控制器顺次相连；伺服控制器和复位控制器能在一个现场可编程门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD或者DSP微处理器芯片上实现。

本发明提供的谐振式光学陀螺的复位锁定方法和装置，简单有效，不增加额外的硬件负担，从软件上解决了谐振式光学陀螺无法在全温范围内锁定的问题，使得谐振式光学陀螺能在各种环境中长期稳定的工作。

附图说明

图1是典型的谐振曲线示意图；

图2是谐振式光学陀螺复位锁定的方法流程图；

图3是谐振式光学陀螺的复位锁定装置结构示意图；

图中：激光器1、以光学谐振腔为核心的Sagnac效应发生装置2、伺服控制器3、复位控制器4。

具体实施方式

如图1所示，谐振曲线以自由谱宽周期延拓，谐振区间是谐振式光学陀螺的工作区间。光学谐振腔的谐振频率随温度漂移，激光器的频率无法在全温范围内跟踪某个谐振频率。激光器的中心频率将无法跟踪谐振频率时，利用谐振曲线的周期性，可以跳到相邻一个或几个自由谱宽的谐振模式上，使得激光器的中心频率能够快速跟踪上谐振频率，而不影响谐振式光学陀螺的正常工作。这就是谐振式光学陀螺复位锁定技术的基本思想。