专利名称：谐振式光学陀螺的复位锁定方法及其装置的制作方法
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 /°C，因此谐振频率将会以I. 33GHz/°C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°C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[Vmin，Vmax]，激光器反馈电压的设定阈值上限和下限分别为VT__和VT_min，阈值电压的上限VT__小于激光器的可调谐电压的上限V_，阈值电压的下限vT_min大于可调谐电压的下限vmin，当激光器的反馈电压超过设定的阈值上限VT__时，激光器的反馈电压下降PXVfsk，其中P为整数，Vfse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VT_min时，激光器的反馈电压上升pXVFSK。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。


图I是典型的谐振曲线示意 图2是谐振式光学陀螺复位锁定的方法流程 图3是谐振式光学陀螺的复位锁定装置结构示意 图中激光器I、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。
具体实施例方式如图I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。如图2所示，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[Vfflin, VfflaJ，激光器反馈电压的设定阈值上限和下限分别为VT__和VT_min，阈值电压的上限vT-_小于激光器的可调谐电压的上限V_，阈值电压的下限VT-min大于可调谐电压的下限Vmin，当激光器的反馈电压超过设定的阈值上限\__时，激光器的反馈电压下降PXVfsk，其中P为整数，Vfsk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\__时，激光器的反馈电压上升pXVFSK。通过上述的操作，激光器的中心频率总是落在光学谐振腔的谐振区间，激光器能够快速地跟踪上谐振腔的谐振频率；反馈电压总是落在阈值的上限VT__和下限VT_min之间，解决了反馈电压范围不够的问题。如图3所示，谐振式光学陀螺的复位锁定装置包括激光器I、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 ;激光器I、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顺次相连。激光器I发出的光经以光学谐振腔为核心的Sagnac效应发生装置2，输出误差信号El和E2。El经伺服控制器3和复位控制器4，反馈到激光器，控制激光器的中心频率跟踪上谐振腔的谐振频率，这就是谐振式光学陀螺的锁定路。误差信号E2作为谐振式光学陀螺的转动信号输出。以光学谐振腔为核心的Sagnac效应发生装置2，包括了所有的光学谐振腔(反射腔、透射腔等等)和所有的调制解调装置(调相技术等)。伺服控制器3是反馈控制激光器的算法，如PID算法。复位控制器4判断反馈电压是否超出设定的电压范围，以此作出是否需要复位的决定，实现谐振式光学陀螺的复位锁定方法。伺服控制器3和复位控制器4能在一个现场可编程门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD以及DSP微处理器等芯片上实现。
权利要求
1.一种谐振式光学陀螺的复位锁定方法，其特征在于激光器的可调谐电压范围为[Vfflin, VfflaJ，激光器反馈电压的设定阈值上限和下限分别为VT__和VT_min，阈值电压的上限vT-_小于激光器的可调谐电压的上限V_，阈值电压的下限VT-min大于可调谐电压的下限Vmin，当激光器的反馈电压超过设定的阈值上限\__时，激光器的反馈电压下降PXVfsk，其中P为整数，Vfsk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VT_min时,激光器的反馈电压上升pXVFSK。
2.一种如权利要求I所述方法实施的谐振式光学陀螺的复位锁定装置，其特征在于包括激光器(I)、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);激光器(I)、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)顺次相连；伺服控制器(3)和复位控制器(4)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。
全文摘要
本发明公开了一种谐振式光学陀螺的复位锁定方法及其装置。激光器的可调谐电压范围为[Vmin,Vmax]，激光器反馈电压的设定阈值上限和下限分别为VT-max和VT-min，阈值电压的上限VT-max小于激光器的可调谐电压的上限Vmax，阈值电压的下限VT-min大于可调谐电压的下限Vmin，当激光器的反馈电压超过设定的阈值上限VT-max时，激光器的反馈电压下降p×VFSR，其中p为整数，VFSR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VT-min时，激光器的反馈电压上升p×VFSR。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。
文档编号G01C19/68GK102636163SQ201210110119
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者俞旭辉, 金仲和, 马慧莲 申请人:浙江大学