一種激光陀螺腔平移鏡抖動形變主動補(bǔ)償裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光陀螺，特指一種激光陀螺腔平移鏡抖動形變主動補(bǔ)償裝置，用于減小或消除機(jī)械抖動導(dǎo)致的陀螺徑向腔長變化。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)形激光陀螺具有動態(tài)范圍寬、比例因子線性度好、啟動迅速、對加速度不敏感等一系列優(yōu)點(diǎn)，是捷聯(lián)慣性系統(tǒng)的理想元件，廣泛應(yīng)用于航海、航空、航天和陸地等領(lǐng)域。
[0003]激光陀螺存在著閉鎖現(xiàn)象，采用機(jī)械抖動偏頻可以消除閉鎖。一個(gè)典型的機(jī)械抖動偏頻激光陀螺為三角形或方形配置，包含三片或四片反射鏡。圖1為方形配置的機(jī)械抖動偏頻激光陀螺結(jié)構(gòu)簡圖，兩片可動鏡2、3和兩片固定鏡4、5與方形微晶玻璃腔體I構(gòu)成激光諧振腔，腔內(nèi)產(chǎn)生兩束相向運(yùn)行的激光。兩片可動鏡2、3外側(cè)粘有壓電陶瓷(PZT)，改變壓電陶瓷上的電壓可產(chǎn)生伸縮運(yùn)動，帶動可動鏡2、3沿軸向移動，從而使陀螺諧振腔腔長發(fā)生變化?？蓜隅R、壓電陶瓷及其組件組成腔平移鏡(或腔長控制機(jī)構(gòu)、程長控制機(jī)構(gòu)、穩(wěn)頻裝置)。激光陀螺在運(yùn)行過程中由于腔體的熱膨脹和熱變形會引起總腔長的變化，為了穩(wěn)定激光頻率，需要利用腔平移鏡來穩(wěn)定總腔長。
[0004]光電二極管7粘接在固定鏡4的合光棱鏡上，用于輸出兩路正交的陀螺計(jì)數(shù)信號A、B，光電二極管8粘接在固定鏡5上用于輸出光強(qiáng)信號UM，UM可用于光強(qiáng)監(jiān)控或者作為腔長控制電路的反饋輸入。抖輪6安裝在微晶玻璃腔體I的中心位置，抖輪的輻條上貼有PZT片，通過PZT片的驅(qū)動使得抖輪帶動腔體產(chǎn)生小幅快速交變振動，從而給陀螺加入一個(gè)正負(fù)交變的抖動偏頻，消除陀螺閉鎖效應(yīng)。
[0005]抖輪帶動腔體小幅快速交變振動的同時(shí)，腔平移鏡也產(chǎn)生相同的運(yùn)動，表現(xiàn)為腔平移鏡受到交變慣性力。陀螺抖動的幅度Θ通常為200?600角秒，抖動頻率f為300Hz?1000Hz，抖動角加速度a=0.(2對)2非常大，在腔平移鏡3處的切向加速度也很大，相應(yīng)的腔平移鏡將承受很大的交變慣性力。由于腔平移鏡的剛度較微晶玻璃腔體I小，且其各組件的剛度也不同，因此腔平移鏡必然產(chǎn)生切向形變X，同時(shí)由于腔平移鏡的一些非理想因素也會導(dǎo)致徑向形變Y。徑向形變使諧振器腔長受到調(diào)制，導(dǎo)致穩(wěn)頻精度下降，對陀螺性能產(chǎn)生影響，陀螺輸出光強(qiáng)LIM與正交計(jì)數(shù)信號A、B的幅度均會受到調(diào)制，調(diào)制頻率和抖動頻率相關(guān)，調(diào)制幅度與徑向形變有關(guān)，徑向形變越大，幅度調(diào)制越大。機(jī)械抖動反饋信號Ud及抖動調(diào)制下的陀螺輸出A如圖2所示，可見陀螺輸出A的幅度受到抖動的調(diào)制，陀螺輸出B類似，同時(shí)光強(qiáng)信號UM也會受到抖動調(diào)制。抖動調(diào)制導(dǎo)致陀螺性能下降。
[0006]目前，激光陀螺正常工作時(shí)均有配套的腔長控制電路(穩(wěn)頻電路)，用于補(bǔ)償熱膨脹和熱變形引起的腔長的變化。腔長控制電路具體示意圖如圖3所示，光電二極管輸出的光強(qiáng)LIM輸入到腔長控制電路I，腔長控制電路I根據(jù)光強(qiáng)信號LIM的變化輸出相應(yīng)的腔長控制電壓Vplc經(jīng)電壓放大器2放大后加到腔平移鏡以補(bǔ)償熱變形引起的陀螺腔長變化。但由于腔長控制電路的頻率響應(yīng)一般遠(yuǎn)低于機(jī)械抖動頻率，而機(jī)械抖動導(dǎo)致的腔平移鏡徑向形變和陀螺腔長是以抖動頻率動態(tài)變化，因而無法通過腔長控制電路對機(jī)械抖動導(dǎo)致的腔平移鏡徑向形變和陀螺腔長變化進(jìn)行補(bǔ)償;為了減小機(jī)械抖動導(dǎo)致的腔平移鏡形變及其對陀螺性能的影響，現(xiàn)有技術(shù)下的一般做法是優(yōu)化腔平移鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、增加腔平移鏡結(jié)構(gòu)剛度，其困難在于需要改變陀螺的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)、成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是:提供一種激光陀螺腔平移鏡抖動形變主動補(bǔ)償裝置，可在激光陀螺現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過電子線路和信號處理對機(jī)械抖動導(dǎo)致的腔平移鏡徑向形變進(jìn)行主動補(bǔ)償，減小或消除機(jī)械抖動導(dǎo)致的陀螺腔長變化，從而改善激光陀螺精度。
[0008]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而采用的技術(shù)解決方案是:
[0009]激光陀螺腔平移鏡抖動形變主動補(bǔ)償裝置，包括腔長控制電路，其特征在于:還包括:誤差處理電路(10)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(20)、控制器(30)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(40)、移相電路(50)、乘法器(60)、求和電路(70);誤差處理電路(10)接收激光陀螺的光強(qiáng)信號，輸出誤差電壓通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(20)傳入控制器(30);機(jī)械抖動反饋信號經(jīng)所述移相電路(50)移相后與控制器
(30)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(40)輸出的補(bǔ)償控制量經(jīng)乘法器(60)相乘得到幅度和相位可調(diào)的抖動形變主動補(bǔ)償信號，該信號與原先已有的腔長控制電壓疊加后一同對激光陀螺的腔平移鏡進(jìn)行控制，在補(bǔ)償熱膨脹和熱變形引起的激光陀螺腔長變化的同時(shí)補(bǔ)償由于機(jī)械抖動導(dǎo)致的腔平移鏡徑向形變，從而減小或消除機(jī)械抖動導(dǎo)致的陀螺腔長變化。
[0010]所述誤差處理電路(10)對陀螺輸出光強(qiáng)或正交計(jì)數(shù)信號處理得到誤差電壓。
[0011]調(diào)整抖動形變主動補(bǔ)償信號的幅度和相位使誤差電壓最小可減小或消除機(jī)械抖動導(dǎo)致的腔平移鏡徑向形變和陀螺腔長變化。
[0012]所述的控制器(30)為激光陀螺自帶的控制器，或者額外增加的控制器。
[0013]所述誤差處理電路(10)由帶通濾波器(11)和交流/直流轉(zhuǎn)換電路(12)組成，或由包絡(luò)檢波器(13)和交流/直流轉(zhuǎn)換電路(13)組成。
[0014]所述的控制器(30)為單片機(jī)、FPGA或DSP。
[0015]所述的交流/直流轉(zhuǎn)換電路(12)為由型號AD736的芯片組成的交流/直流轉(zhuǎn)換電路。
[0016]所述的移相電路(50)為包括運(yùn)算放大器、電阻和電容的多端反饋全通濾波器，通過改變電阻和電容的值從而改變移相的角度。
[0017]所述的包絡(luò)檢波電路(13)為包括調(diào)幅電阻和調(diào)幅電容的電路。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0019]本發(fā)明不改變激光陀螺的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，僅通過電子線路和信號處理對機(jī)械抖動導(dǎo)致的腔平移鏡徑向形變進(jìn)行主動補(bǔ)償，提高了激光陀螺精度，同時(shí)實(shí)施成本低。
【附圖說明】
[0020]圖1是方形配置的機(jī)械抖動偏頻激光陀螺結(jié)構(gòu)簡圖。
[0021 ]圖2是機(jī)械抖動反饋信號及抖動調(diào)制下的陀螺輸出計(jì)數(shù)信號A波形圖。
[0022]圖3為【背景技術(shù)】的激光陀螺腔長控制電路示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明第一例激光陀螺腔平移鏡抖動形變主動補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0024]圖5是本發(fā)明第二例激光陀螺腔平移鏡抖動形變主動補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0025]圖6是本發(fā)明的交流/直流轉(zhuǎn)換電路的具體實(shí)施例的電路原理圖。
[0026]圖7是本發(fā)明的移相電路的具體實(shí)施例的電路原理圖。
[0027]圖8是本發(fā)明的乘法器電路的具體實(shí)施例的電路原理圖。
[0028]圖9是本發(fā)明的包絡(luò)檢波電路的具體實(shí)施例的電路原理圖。
[0029 ]圖1O是本發(fā)明的求和電路的具體實(shí)施例的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下將結(jié)合具體實(shí)施例和說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031]如圖4所示，本發(fā)明第一例激光陀螺腔平移鏡抖動形變主動補(bǔ)償裝置包括誤差處理電路10、模數(shù)轉(zhuǎn)換器20、控制器30、數(shù)模轉(zhuǎn)換器40、移相電路50、乘法器60、求和電路70。所述誤差處理電路10包括帶通濾波器11和交流/直流轉(zhuǎn)換電路12。所述控制器20為單片機(jī)、FPGA或者DSP，可以采用激光陀螺配套電路中已有的控制器，也可以額外增加一個(gè)控制器。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器20優(yōu)選分辨率為10位或10位以上、每秒轉(zhuǎn)換速度大于100次的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器40優(yōu)選分辨率為1位或1位以上、每秒轉(zhuǎn)換速度大于100次的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。圖4中腔長控制電路I與電壓放大器2屬于激光陀螺正常工作所需的配套電路，可以是已有的能滿足腔長控制需要的任何形式的電路。
[0032]在該實(shí)施例中，激光陀螺的光電二極管檢測激光陀螺的光強(qiáng)，輸出光強(qiáng)信號LIM，該光強(qiáng)信號同時(shí)輸入到腔長控制電路I和誤差處理電路10。一路光強(qiáng)信號輸入到腔長控制電路I后，形成腔長控制量VPLC，用于對激光陀螺的熱膨脹和熱變形引起的腔長變化進(jìn)行補(bǔ)償。另一路光強(qiáng)信號L頂輸入到誤差處理電路10的帶通濾波電路11，帶通濾波器的中心頻率必須設(shè)置為與機(jī)械抖動頻率接近，其輸出誤差信號err反映了機(jī)械抖動對光強(qiáng)的幅度調(diào)制，該誤差信號由交流/直流轉(zhuǎn)換電路12轉(zhuǎn)換為直流誤差電壓Ve3rrt3直流誤差電壓Ve3rr經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器20轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到控制器30中，控制器根據(jù)該誤差電壓的大小計(jì)算得出主動補(bǔ)償控制量V。，主動補(bǔ)償控制量V。經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器40輸出。
[0033]表征機(jī)械抖動幅度與頻率的抖動反饋信號Ud經(jīng)過移相電路50移相角度Θ后得到Ude，移相后的抖動反饋信號Ude送入乘法器60，與主動補(bǔ)償控制量V。相乘得到腔平移鏡抖動形變主動補(bǔ)償信號UcciMP。乘法器60輸出UcciMP = S.Ude.V。，其中S為乘法器的比例因子，因此改變補(bǔ)償控制量V。即可改變抖動形變主動補(bǔ)償信號UaiMP的幅度，改變移相電路的移相角度Θ即可改變抖動形變主動補(bǔ)償信號Ucqmp的相位。移相電路的移相角度Θ的確定方式如下:保持補(bǔ)償控制量V。不變，相應(yīng)地疊加到腔平移鏡上的抖動形變主動補(bǔ)償信號Uoimp幅度不變，