一種棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測系統(tǒng)及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測系統(tǒng)及檢測方法，包括分別和高頻振蕩器、引燃變壓器相連棱鏡式激光器棱鏡式諧振腔，該諧振腔出射光束經(jīng)分光鏡投射到光電探測器a和焦球面掃頻干涉儀中；光電探測器a分別連接至示波器a和諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)，諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)與棱鏡式激光器相連構(gòu)成回路；焦球面掃頻干涉儀分別與鋸齒波控制盒和光電探測器b相連，光電探測器b連接至示波器b。在諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)上改變加熱絲電壓從而改變諧振器光學(xué)腔長；對光電流信號放大，整形成方波，在FPGA中進行鑒相解調(diào)，輸出棱鏡式激光陀螺在自偏頻下的脈沖數(shù)和陀螺光強信息至上位機進行自偏頻點計算，從而提高了棱鏡式激光陀螺的性能。
【專利說明】一種棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測系統(tǒng)及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光陀螺偏頻【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種棱鏡激光陀螺雙縱模自偏頻檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，棱鏡式激光陀螺陀螺均采用機械抖動方式進行偏頻，以消除靜態(tài)鎖區(qū)對棱鏡式激光陀螺性能的影響，該方法需要機械抖動裝置，增加了陀螺的重量及體積，同時為消除機械抖動偏頻產(chǎn)生的動態(tài)鎖區(qū)，額外引入了隨機噪聲，限制了棱鏡式激光陀螺精度的進一步提高，因此亟需提出一種新的棱鏡式激光陀螺雙縱模穩(wěn)頻方法，彌補上述不足。在棱鏡式激光陀螺中，理論計算和實驗測試表明，在雙縱模工作條件下，通過調(diào)節(jié)工作點，諧振器中的雙縱模會出現(xiàn)自偏頻現(xiàn)象，在自偏頻條件下，棱鏡式激光陀螺鎖區(qū)消失，從而可以去除機械抖動裝置，設(shè)計出完全固態(tài)的棱鏡式激光陀螺，自偏頻檢測系統(tǒng)能測試自偏頻工作點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測系統(tǒng)及檢測方法，為實現(xiàn)雙全固態(tài)雙縱模激光陀螺創(chuàng)造了必要條件。本套系統(tǒng)能夠通過數(shù)字控制對棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻工作點進行高精度檢測，以作為棱鏡式雙縱模自偏頻激光陀螺穩(wěn)頻的依據(jù)。利用數(shù)字控制技術(shù)使棱鏡式激光陀螺工作在雙縱模條件下，通過改變工作點，使棱鏡式激光陀螺中產(chǎn)生雙縱模自偏頻效應(yīng)，并根據(jù)諧振器縱模間隔進行公式換算，以確定棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻工作點。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0005]—種棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測系統(tǒng)，包括一棱鏡式激光器，所述棱鏡式激光器棱鏡式諧振腔設(shè)在數(shù)字調(diào)試基座上，并分別和高頻振蕩器、引燃變壓器相連，棱鏡式激光器棱鏡式諧振腔出射的激光束通過四個全反射鏡反射后經(jīng)分光鏡投射到光電探測器a和焦球面掃頻干涉儀中；所述光電探測器a分別連接至示波器a和諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)，諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)與棱鏡式激光器相連構(gòu)成回路；所述焦球面掃頻干涉儀分別與鋸齒波控制盒和光電探測器b相連，光電探測器b連接至示波器b。
[0006]進一步地，所述光電探測器a通過穩(wěn)光強伺服系統(tǒng)與高頻振蕩器相連。
[0007]進一步地，所述棱鏡式激光器棱鏡式諧振腔出射的激光束通過四個全反射鏡反射后經(jīng)分光鏡投射到光電探測器a，光電探測器a置于開伺服基座上，開伺服基座分別連接至示波器和計算機，開伺服基座并與棱鏡式激光器相連。
[0008]進一步地，所述棱鏡式激光器上設(shè)有諧振腔模態(tài)伺服控制器，所述諧振腔模態(tài)伺服控制器包括一微晶玻璃保護罩，微晶玻璃保護罩上設(shè)有合金加熱絲。
[0009]進一步地，所述諧振腔模態(tài)伺服控制器上微晶玻璃保護罩下設(shè)有橡膠密封圈。
[0010]相應(yīng)地，本發(fā)明進而給出了一種棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測方法，包括下述步驟:[0011]由棱鏡式激光器的棱鏡式諧振腔出射的激光束光投射到光電探測器a上，在諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)諧振腔模態(tài)伺服控制器上改變合金加熱絲電壓從而改變諧振器光學(xué)腔長，由此產(chǎn)生棱鏡式激光陀螺工作模的弱模和強模，弱模對強模產(chǎn)生相當于機械抖動的調(diào)制作用，從而消除棱鏡式激光陀螺的靜態(tài)鎖區(qū)；由光電探測器a采集的光強信號通過諧振腔模態(tài)伺服控制器中的前置放大器對光電流小信號進行放大，通過整形電路將放大后的正弦信號整形成方波，并送入FPGA可編程門陣列，在FPGA可編程門陣列中進行鑒相解調(diào)，輸出棱鏡式激光陀螺在自偏頻下的脈沖數(shù)，將脈沖數(shù)，陀螺光強信息通過串口送到計算機，進行自偏頻點計算。
[0012]進一步地，利用諧振腔模態(tài)控制伺服機構(gòu)中的合金加熱絲、微晶玻璃保護罩，橡膠密封圈作為諧振腔模態(tài)控制伺服機構(gòu)的主要部件，通過升高、降低合金加熱絲上的電壓，控制環(huán)形棱鏡式激光器光路中一段空氣的密度狀況，從而控制棱鏡式激光器諧振腔光學(xué)腔長，實現(xiàn)激光器工作模式狀態(tài)的實時控制。
[0013]進一步地，所述加熱絲電壓在±12V之間變化。
[0014]進一步地，所述環(huán)形激光器光路中一段空氣密度1.5±0.5kg/m3。
[0015]進一步地，所述棱鏡式諧振腔采用幾何腔長為0.45m。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]I)雙縱模自偏頻激光陀螺將基于0.45m腔長棱鏡式諧振器來實現(xiàn)。為了要長時間保證激光器雙縱模工作狀態(tài)，將通過合理控制激勵源，調(diào)節(jié)增益氣體比例，充氣壓強，進而調(diào)節(jié)增益曲線線型，包括調(diào)整曲線寬窄、損耗線位置等，達到控制增益曲線線型的目的，為穩(wěn)頻伺服機構(gòu)的工作提供良好的線型依據(jù)。
[0018]2)采用數(shù)字穩(wěn)頻控制保證激光器雙縱模工作狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)穩(wěn)頻工作點及激勵源電壓，使雙縱模在棱鏡式諧振器中產(chǎn)生自偏頻效應(yīng)。數(shù)字穩(wěn)頻控制通過FPGA實現(xiàn)，具體方式為，用高精度AD對穩(wěn)頻控制反饋信號進行采集，在FPGA中對采集的信號進行相敏解調(diào)，再通過數(shù)字PID控制器對加熱絲電壓進行控制，保證激光器雙縱模工作狀態(tài)。
[0019]本發(fā)明所述雙縱模自偏頻技術(shù)利用諧振器中工作兩個縱模的非線性作用，由強模作為棱鏡式激光陀螺的工作模，弱模對強模產(chǎn)生類似機械抖動的調(diào)制作用，從而消除棱鏡式激光陀螺的靜態(tài)鎖區(qū)。
[0020]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明技術(shù)采用光學(xué)方式消除棱鏡式激光陀螺的靜態(tài)鎖區(qū)，去除棱鏡式激光陀螺抖動部件，減小棱鏡式激光陀螺重量和體積，提高棱鏡式激光陀螺的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明諧振腔模態(tài)控制伺服器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4 (a)和圖4 (b)是本發(fā)明在增益曲線的對稱位置出現(xiàn)了的自偏頻現(xiàn)象?！揪唧w實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述。[0026]請參閱圖1所示，棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測系統(tǒng)，包括一棱鏡式激光器1，棱鏡式激光器I棱鏡式諧振腔設(shè)在數(shù)字調(diào)試基座上，并分別和高頻振蕩器6、引燃變壓器7相連，棱鏡式激光器I棱鏡式諧振腔出射的激光束通過四個全反射鏡反射后經(jīng)分光鏡2投射到光電探測器a3和焦球面掃頻干涉儀9中；光電探測器a3分別連接至示波器a4和諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)5，諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)5與棱鏡式激光器I相連構(gòu)成回路；焦球面掃頻干涉儀9分別與鋸齒波控制盒10和光電探測器bll相連，光電探測器bll連接至示波器bl2。
[0027]其中，光電探測器a3通過穩(wěn)光強伺服系統(tǒng)8與高頻振蕩器6相連。
[0028]如圖2所示，棱鏡式激光器I棱鏡式諧振腔出射的激光束通過四個全反射鏡反射后經(jīng)分光鏡2投射到光電探測器a3，光電探測器a3置于開伺服基座3_1上，開伺服基座3_2分別連接至示波器4和計算機3-2，開伺服基座3-1并與棱鏡式激光器I相連。棱鏡式激光器I上設(shè)有諧振腔模態(tài)伺服控制器1-1。
[0029]如圖3所示，諧振腔模態(tài)伺服控制器1-1包括一微晶玻璃保護罩1-103，微晶玻璃保護罩1-103上設(shè)有合金加熱絲1-101。諧振腔模態(tài)伺服控制器1-1上微晶玻璃保護罩1-103下設(shè)有橡膠密封圈1-102。
[0030]本發(fā)明的棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測方法，包括下述步驟:
[0031]由棱鏡式激光器I的棱鏡式諧振腔出射的激光束光投射到光電探測器a3上,在諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)5諧振腔模態(tài)伺服控制器1-1上改變合金加熱絲1-101電壓從而改變諧振器光學(xué)腔長，由此產(chǎn)生棱鏡式激光陀螺工作模的弱模和強模，弱模對強模產(chǎn)生類似機械抖動的調(diào)制作用，從而消除棱鏡式激光陀螺的靜態(tài)鎖區(qū)；由光電探測器a3采集的光強信號通過諧振腔模態(tài)伺服控制器1-ι中的前置放大器對光電流小信號進行放大，通過整形電路將放大后的正弦信號整形成方波，并送入FPGA (可編程門陣列)，在FPGA (可編程門陣列)中進行鑒相解調(diào)，輸出棱鏡式激光陀螺在自偏頻下的脈沖數(shù)，將脈沖數(shù)，陀螺光強信息通過串口送到計算機，進行自偏頻點計算。
[0032]利用諧振腔模態(tài)控制伺服機構(gòu)中的合金加熱絲、微晶玻璃保護罩，橡膠密封圈作為諧振腔模態(tài)控制伺服機構(gòu)的主要部件，通過升高、降低合金加熱絲上的電壓在土 12V之間變化，控制環(huán)形棱鏡式激光器光路中一段空氣的密度為1.5±0.5kg/m3，從而控制棱鏡式激光器諧振腔光學(xué)腔長0.45m,實現(xiàn)激光器工作模式狀態(tài)的實時控制。
[0033]本實施例如下:全反射棱鏡式諧振腔整體安裝在專用數(shù)字調(diào)試基座上，并和高頻振蕩器、引燃變壓器相連。諧振腔的一段通道與諧振腔模態(tài)控制器相連。待引燃諧振腔后，發(fā)出光經(jīng)反光鏡分光分為兩路:其中一路經(jīng)光電探測器接收，再信號分作兩路:其中一路反饋控制諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)；另一路在示波器上顯示實時光強。由分光鏡分光的另一路光束入射至共焦球面掃頻干涉儀中，焦球面掃頻干涉儀受鋸齒波發(fā)生器信號的實時控制。由焦球面掃頻干涉儀投射出光透入光電探測器中，并在示波器上實時顯示掃描獲得的模態(tài)狀態(tài)。
[0034]圖4是本發(fā)明在增益曲線的對稱位置出現(xiàn)了的自偏頻現(xiàn)象。圖4 (a)為在抖動偏頻條件下光強隨加熱器電壓的變化曲線，圖4 (b)為在不加機械抖動的條件下光強隨加熱絲電壓的變化由此產(chǎn)生的弱模對強模類似機械抖動曲線。
[0035]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的【具體實施方式】僅限于此，對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測系統(tǒng)，包括一棱鏡式激光器(I)，其特征在于，所述棱鏡式激光器(I)棱鏡式諧振腔設(shè)在數(shù)字調(diào)試基座上，并分別和高頻振蕩器(6)、引燃變壓器(7)相連，棱鏡式激光器(I)棱鏡式諧振腔出射的激光束通過四個全反射鏡反射后經(jīng)分光鏡(2)投射到光電探測器a (3)和焦球面掃頻干涉儀(9)中；所述光電探測器a (3)分別連接至示波器a (4)和諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)(5)，諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)(5)與棱鏡式激光器(I)相連構(gòu)成回路；所述焦球面掃頻干涉儀(9)分別與鋸齒波控制盒(10)和光電探測器b (11)相連，光電探測器b (11)連接至示波器b (12)。
2.如權(quán)利要求1所述的棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述光電探測器a (3)通過穩(wěn)光強伺服系統(tǒng)(8)與高頻振蕩器(6)相連。
3.如權(quán)利要求1所述的棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述棱鏡式激光器(I)棱鏡式諧振腔出射的激光束通過四個全反射鏡反射后經(jīng)分光鏡(2)投射到光電探測器a (3)，光電探測器a (3)置于開伺服基座(3-1)上，開伺服基座(3-1)分別連接至示波器(4 )和計算機(3-2 )，開伺服基座(3-1)并與棱鏡式激光器(I)相連。
4.如權(quán)利要求3所述棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述棱鏡式激光器(I)上設(shè)有諧振腔模態(tài)伺服控制器(1-1 )，所述諧振腔模態(tài)伺服控制器(1-1)包括一微晶玻璃保護罩(1-103)，微晶玻璃保護罩(1-103)上設(shè)有合金加熱絲(1-101)。
5.如權(quán)利要求4所述棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述諧振腔模態(tài)伺服控制器(1-1)上微晶玻璃保護罩(1-103)下設(shè)有橡膠密封圈(1-102)。
6.一種棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測方法，其特征在于，包括下述步驟: 由棱鏡式激光器(I)的棱鏡式諧振腔出射的激光束光投射到光電探測器a (3)上,在諧振腔模態(tài)控制伺服系統(tǒng)(5)諧振腔模態(tài)伺服控制器(1-1)上改變合金加熱絲(1-101)電壓從而改變諧振器光學(xué)腔長，由此產(chǎn)生棱鏡式激光陀螺工作模的弱模和強模，弱模對強模產(chǎn)生相當于機械抖動的調(diào)制作用，從而消除棱鏡式激光陀螺的靜態(tài)鎖區(qū)；由光電探測器a (3)采集的光強信號通過諧振腔模態(tài)伺服控制器(1-1)中的前置放大器對光電流小信號進行放大，通過整形電路將放大后的正弦信號整形成方波，并送入FPGA可編程門陣列，在FPGA可編程門陣列中進行鑒相解調(diào)，輸出棱鏡式激光陀螺在自偏頻下的脈沖數(shù)，將脈沖數(shù)，陀螺光強信息通過串口送到計算機，進行自偏頻點計算。
7.如權(quán)利要求6所述棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測方法，其特征在于:利用諧振腔模態(tài)控制伺服機構(gòu)中的合金加熱絲、微晶玻璃保護罩，橡膠密封圈作為諧振腔模態(tài)控制伺服機構(gòu)的主要部件，通過升高、降低合金加熱絲上的電壓，控制環(huán)形棱鏡式激光器光路中一段空氣的密度狀況，從而控制棱鏡式激光器諧振腔光學(xué)腔長，實現(xiàn)激光器工作模式狀態(tài)的實時控制。
8.如權(quán)利要求7所述棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測方法，其特征在于:所述加熱絲電壓在±12V之間。
9.如權(quán)利要求7所述棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測方法，其特征在于:所述環(huán)形激光器光路中一段空氣密度1.5±0.5kg/m3。
10.如權(quán)利要求7所述棱鏡式激光陀螺雙縱模自偏頻檢測方法，其特征在于:所述棱鏡式諧振腔采用幾何腔長為0.45m。
【文檔編號】G01C25/00GK103994774SQ201310689306
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】馬家君, 劉健寧, 張娟, 劉卓 申請人:西安北方捷瑞光電科技有限公司