一种基于旋光线圈频率补偿的谐振式光纤陀螺及其闭环控制方法

专利主权项内容

1.一种基于旋光线圈频率补偿的谐振式光纤陀螺的闭环控制方法，其特征在于，所述谐振式光纤陀螺包括激光器(1)、50%1×2耦合器Ⅰ(2)、相位调制器PMⅠ(3)、相位调制器PMⅡ(4)、环形器Ⅰ(5)、环形器Ⅱ(6)、输入端95%2×2耦合器Ⅱ(7)、法拉第线圈(8)、光电探测器PDⅠ(9)、光电探测器PD2(10)、数模接口、数字系统和模数接口；所述激光器(1)分别与50%1×2耦合器Ⅰ(2)和数模接口相连接，所述50%1×2耦合器Ⅰ(2)分别与相位调制器PMⅠ(3)和相位调制器PMⅡ(4)相连接，所述相位调制器PMⅠ(3)分别与环形器Ⅰ(5)、光电探测器PDⅠ(9)和数模接口相连接，所述相位调制器PMⅡ(4)分别与环形器Ⅱ(6)、光电探测器PD2(10)和数模接口相连接；所述环形器Ⅰ(5)分别与输入端95%2×2耦合器Ⅱ(7)和光电探测器PDⅠ(9)相连接，所述环形器Ⅱ(6)、输入端95%2×2耦合器Ⅱ(7)和光电探测器PD2(10)相连接，所述输入端95%2×2耦合器Ⅱ(7)与法拉第线圈(8)相连接，所述光电探测器PDⅠ(9)、光电探测器PD2(10)与法拉第线圈(8)均和模数接口相连接；所述数模接口与模数接口通过数字系统相连接；所述数模接口包括数模转换器DACⅡ(16)、数模转换器DACⅢ(17)和数模转换器DACⅣ(18)；所述数模转换器DACⅡ(16)与相位调制器PMⅡ(4)相连接，所述数模转换器DACⅢ(17)与相位调制器PMⅠ(3)相连接，所述数模转换器DACⅣ(18)与激光器(1)相连接；所述所述数字系统包括解调模块Ⅰ(19)、解调模块Ⅱ(20)、调制信号发生模块(21)和激光器锁频控制模块(22)；所述调制信号发生模块(21)分别与数模转换器DACⅡ(16)和数模转换器DACⅢ(17)相连接，将所述解调模块Ⅰ(19)和解调模块Ⅱ(20)输出的解调信号分别相加和相减后得到两路信号；所述激光器锁频控制模块(22)接收解调模块Ⅰ(19)和解调模块Ⅱ(20)相加后得信号；所述解调模块Ⅰ(19)和解调模块Ⅱ(20)相减后得信号传输给模数接口的模数转换器ADCⅢ(15)，并且为陀螺的输出信号；所述模数接口包括模数接口低通滤波器Ⅰ(11)、低通滤波器Ⅱ(12)、模数转换器ADCⅠ(13)、模数转换器ADCⅡ(14)、模数转换器ADCⅢ(15)和压控电流源(23)；所述模数接口低通滤波器Ⅰ(11)分别与光电探测器PD2(10)和模数转换器ADCⅠ(13)相连接，所述压控电流源(23)分别与法拉第线圈(8)和模数转换器ADCⅢ(15)相连接，所述低通滤波器Ⅱ(12)分别与光电探测器PDⅠ(9)和模数转换器ADCⅡ(14)相连接，所述模数转换器ADCⅡ(14)与解调模块Ⅱ(20)相连接；所述闭环控制方法具体为，由于输出信号由两路解调值之差和法拉第线圈状态共同决定，因此陀螺输出值即为法拉第线圈所通入电流所等价的转速值与解调输出所对应的转速值之和；在解调曲线线性区划分两个阈值，当解调信号超过左侧或右侧其中一个阈值时，控制器便对应这个方向的相反方向产生一个恒定的控制量；法拉第线圈控制信号呈现台阶状；解调输出信号呈现为锯齿形的周期信号；所述激光器发出的线偏振光经过1 : 1分束器后被分成两束，两束光各自通过铌酸锂相位调制器后其频率被调制成正弦信号形式，再经过环形器，由2×2光纤耦合器进入圆偏振谐振腔，在两个波片的作用下激光的偏振态由线偏振光转化为圆偏振光再转化为线偏光进而周期性变化，并且在耦合器处，顺逆时针两个方向上不同循环圈数的光形成多光束干涉，这个由于干涉形成的光强信号经过环形器被光电探测器接收并由模数转换器采集转化为数字电信号进入FPGA中的数字处理系统；所述在解调曲线线性区划分两个阈值具体为，在输出的曲线图上，线性并不会随着横轴频差变大而等比例变大时，线性区两个端点处纵轴对应的输出值；对两路信号的处理在形式和时间上是完全对称的，经过对信号的调制和解调可以得到顺逆时针两个和频率成正比的解调量，两个解调量的和与设定的以谐振谷底为中心的目标值作差作为误差信号，经过闭环控制器后通过激光器的调谐端对激光频率实现闭环锁定控制，使之锁定在顺逆时针方向两个谐振频率的中间位置；两个解调量之差作为陀螺另一个环路的控制信号，法拉第旋光控制器首先判断此输出值是否超过设定的线性区阈值，若果不超出此阈值则无动作，仅把两个解调量之差作为陀螺输出；若这个量超过线性区阈值，输出信号由两路解调值的差值和由旋光效应产生的等效输出两部分加和构成。 关注公众号马 克 数 据 网