[发明专利]一种用于核磁共振陀螺仪的分时激光稳频系统及方法

权利要求书

1.一种用于核磁共振陀螺仪的分时激光稳频系统，其特征在于包括：PID温度控制器、PWM脉冲发生器、TEC温控模块、信号发生器、激光驱动恒流源、激光器、核磁共振陀螺、光电探测器、滤波放大模块、信号选择器、信号处理模块；驱动激光器为半导体激光器，内部设置有TEC；

TEC温控模块，产生温控电流，驱动激光器内部的TEC，控制激光器的温度，使激光器产生激光的频率在⁸⁷Rb第一线附近；

激光驱动恒流源，产生用于驱动激光器的恒定电流，驱动激光器的激光二级管，使激光器的频率进一步接近⁸⁷Rb第一线；

信号发生器，产生一个正弦波电压信号，调制激光驱动恒流源，使激光驱动恒流源产生的驱动电流产生微小变化；进而使得激光器的出光强度产生微小变化。

激光器产生的光通过核磁共振陀螺后，被陀螺后端的光电探测器接收，光电探测器接收到激光后，根据激光的强度产生微小的电流信号。电流信号经过滤波放大模块放大后转换为电压信号，输出给信号选择器。

PID温度控制器，根据设定的温度，产生一个加热信号，该信号用于控制PWM脉冲发生器产生脉冲信号的占空比，根据脉冲信号的占空比，实现对核磁共振陀螺温度调节；

PWM脉冲发生器根据PID温度控制器输出的加热信号，产生一组用于温度控制的脉冲信号，脉冲信号分为有效加热脉冲和无效加热脉冲，总脉冲长度为N。有效加热脉冲存在时，加热片中通入加热电流，产生热量和磁场；无效加热脉冲存在时，加热片中不存在电流，不产生磁场。PID控制器通过控制有效加热脉冲在总脉冲长度中所占的比例来实现温度控制。

PWM脉冲信号发生器在发生完一组用于温度控制的脉冲信号后，再额外产生一组与用于温度控制的脉冲信号长度相等的无效加热脉冲，使得每次温度控制脉冲发生后，都会存在一段无效加热的时间，这段时间与温度控制脉冲信号的持续时间相等。

PWM脉冲信号发生器产生一控制信号驱动信号选择器。使得用于温度控制的脉冲信号存在时，不采集滤波放大模块滤输出的电压信号，信号选择器输出为0送至信号处理模块，即不进行激光稳频；而额外无效加热脉冲存在时采集滤波放大模块输出的电压信号，进行激光稳频。通过周期性的采集和不采集光电探测器产生的信号，实现分时激光稳频。

信号处理模块将信号信号发生器产生的正弦波电压信号，和信号选择器输出的电压信号相乘，并进行积分运算，输出电流调节信号给激光驱动恒流源，调整激光器产生的恒定电流，即驱动电流，实现激光稳频。

2.根据权利要求1所述的一种用于温度控制的高精度分段脉冲产生系统，其特征在于：所述N＝64，加热脉冲频率为100kHz-250kHz。

3.根据权利要求1所述的一种用于温度控制的高精度分段脉冲产生系统，其特征在于：激光调制频率为10-20kHz，激光器的电流调节范围为50-100mA。

4.根据权利要求1所述的一种用于温度控制的高精度分段脉冲产生系统，其特征在于：PWM脉冲信号发生器在发生完一组用于温度控制的脉冲信号后，再额外产生一组与用于温度控制的脉冲信号长度相等的无效加热脉冲，这段无效加热脉冲的持续时间与温度控制脉冲信号的持续时间相等。

5.根据权利要求1所述的一种用于温度控制的高精度分段脉冲产生系统，其特征在于：信号处理模块的积分时间为64个加热脉冲的持续时间。

6.一种用于核磁共振陀螺仪的分时激光稳频方法，其特征在于：步骤如下

步骤(一)PID控制器驱动PWM信号发生器产生一段用于温度控制的脉冲信号，脉冲信号分为有效加热脉冲和无效加热脉冲，总脉冲长度为N。有效加热脉冲存在时，加热片中通入加热电流，产生热量和磁场；无效加热脉冲存在时，加热片中不存在电流，不产生磁场。PID控制器通过控制有效加热脉冲在总脉冲长度中所占的比例来实现温度控制。

步骤(二)PWM信号发生器在发生完一组用于温度控制的脉冲信号后，再额外产生一段与用于温度控制的脉冲信号长度相等的无效加热脉冲，使得每次温度控制脉冲发生后，都会存在一段无效加热的时间，这段时间与温度控制脉冲信号长度相等。

步骤(三)当核磁共振陀螺仪温度稳定后，对激光器驱动电流进行频率为F的正弦调制，在额外生成无效加热脉冲的时间，用光电探测器采集激光通过核磁共振陀螺仪的信号，对信号进行相位检测，根据检测结果调整激光器电流值，实现激光稳频。

步骤(四)重复(一)(二)(三)步骤，使得加热脉冲存在时，不采集光电探测器的信号进行激光稳频，而额外无效加热脉冲存在时采集光电探测器信号进行激光稳频，实现一种分时激光稳频方式，避免加热磁场影响光电探测器采集信号，影响激光稳频精度。