专利名称：微光学陀螺的调制解调和反馈控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光学陀螺技术领域,尤其是基于环行谐振腔的微光学陀螺的调制解调技术及检测控制。该调制解调技术使载体角速度引起谐振腔中顺逆时针传播的光束的谐振频率差转换成易于测量的电压差，通过该转换间接测量载体的角速度。
背景技术：
谐振式光学陀螺反应角速度的量为顺逆时针传播的两束光的频率差，该频率差4爿与旋转角速度之间有如下关系A/^"^Q，其中A为环行谐振腔的闭合面积，义为义丄静止时谐振腔中传播光的波长，L为环行谐振腔的波长，Q为载体的角速度。通过检 测得到该频率差就可以计算出载体的角速度。而直接测量两束光的频率差似乎并不容 易，且检测精度也不会太高，因此需要一种调制解调技术来将频率差转化为另一种易 于测量的物理量。目前，对谐振式微光学陀螺，大多采用双频率锯齿波调制方式。对于敏感环长 度极短的微光学陀螺，需要调制信号产生的频率差很高，若采用模拟锯齿波方式，那 么锯齿波的回扫时间将严重影响调制效果；若采用数字锯齿波方式，则高频数字信号 有明显的台阶效应，也会影响调制效果。为了克服上述缺陷本发明人提出一种基于三 角波的调制方式，该调制方式具有调制频差大，动态范围大，精度高，调制效果^^等 优点。同时采用双路反馈控制增加了闭环锁定的稳定性，不易受环境噪声影响。 发明内 容本发明的目的是提供一种基于环行谐振腔的微光学陀螺的调制解调及检测控制 装置，该装置采用了基于三角波的双频率调制解调方法，将频差信号转换成电压差信 号，容易实现检测，可根据谐振腔的谐振特性改变调制频率，以获得最大的检测范围 或最高的检测精度。采用本发明的检测控制方法，根据顺时针光路输出信号实现闭环 反馈控制，光源出射光频率始终锁定在顺时针光路的谐振频率点，陀螺的输出避免了 载体角速度以外因素的影响，且调制信号使陀螺工作在光路输出的近似线性范围内， 陀螺检测精度高，动态范围大，标度因素线性度好。 本发明是一种微光学陀螺的调制解调和反馈控制装置，由电源电路单元、数字信 号处理器、信号釆集单元A、信号采集单元B、三角波信号发生器、闭环反馈单元、 频率控制单元和温度控制单元组成。所述信号采集单元A将釆集得到的由第一探测器输出的顺时针光路信号/^_。 经第一前置放大器放大后，经模数转换器A转换输出的数字信号/c『一,给数字信号处 理器；所述信号采集单元B将采集得到的由第二探测器输出的逆时针光路信号/d。 经第二前置放大器放大后，经模数转换器B转换输出的数字信号/c^一,给数字信号处 理器；数字信号处理器对接收的数字信号/c^进行解调后输出A路频率补偿信号 /c『_2给频率控制单元，频率控制单元对接收的A路频率补偿信号/^_2经数模转换器 A、电压变换电路后输出电压信号/^_3给光源；数字信号处理器对接收的数字信号/^一进行解调后输出B路频率补偿信号 厶^_2给闭环反馈单元，闭环反馈单元对接收的B路频率补偿信号/ ^_2经数模转换 器B、模拟放大器后输出斜波信号/CCTr—3给第二相位移频器；数字信号处理器产生一系统工作的同步时钟信号/^送至三角波信号发生器，作 为三角波信号发生器产生三角波调制信号/w的相位基准，产生的三角波调制信号/w分别给第一相位移频器和第二相位移频器；温度控制单元的模数转换器C首先读取代表光源的实际温度的电压信号/。(简称实际温度电压/。)，并将其转换成数字量实际温度电压信号/。。(简称数字温度电 压/。。)输出给数字信号处理器；所述数字温度电压/o。在数字信号处理器中经调整 后输出对比信号/zn给数模转换器C，所述对比信号/^经数模转换器C转换后输出 代表设定温度的电压信号力给光源。本发明基于三角波的双频率调制技术，根据谐振腔的谐振特性，通过检测范围和检测精度的计算，得到调制三角波的波形参数频率和幅值。由电路具体实现并送至集成光学调制器的调制电极对即将输入谐振腔的光进行调制。本发明的检测控制电路，采用温度扫描的方式使光源频率到达谐振腔中顺时针光路的谐振频率，然后通过温度与PZT电压的双路反馈实现顺时针光路的锁定，即光源频率始终处于顺时针光路的谐振频率，相应的探测器输出为直流电压信号。
本发明调制解调技术及检测控制电路的优点(1)采用幅值连续变化的三角波 作为调制信号，避免了调制信号的频繁复位，改善了调制效果；(2)与双频率锯齿 波相比较，三角波调制信号可以以最低的频率得到相同的调制频率差；(3)通过对 谐振腔谐振特性的分析，可以得出对应检测范围最大和检测精度最高所需的调制频率 差；(4)工作在近似线性范围，标度因数线性度好；(5)采用光源温度和PZT双路 反馈控制，解决了PZT调节范围小和温度调节精度低的问题；(6)采用对光源出射 光频率的控制，使光频率始终处于顺时针光路的谐振频率点，受外界环境影响小，具 有更高的稳定性和抗干扰能力。
图l是本发明的结构框图。图1A是本发明的基于三角波的双频率调制原理图。 图2是数字信号处理器的电路原理图。 图2A是控制程序下载的电路原理图。 图3是信号采集单元A的电路原理图。 图4是三角波信号发生器的电路原理图。 图5是温度采集与控制电路原理图。 图6是频率控制单元的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。参见图1所示，本发明是一种适用于谐振式微光学陀螺的调制解调和检测控制 装置，该调制解调和检测控制装置由电源电路单元、数字信号处理器、信号采集单元 A、信号采集单元B、三角波信号发生器、闭环反馈单元、频率控制单元和温度控制 单元组成。在本发明中，数字信号处理器采用Xilinx公司生产的Virtex n系列FPGA 芯片。所述信号采集单元A由第一前置放大器和禾莫数转换器A组成。所述信号采集单 元B由第二前置放大器和f莫数转换器B组成。所述信号釆集单元A与所述信号采集 单元B的电路结构相同。所述频率控制单元由电压变换电路和数模转换器A组成。所述闭环反馈单元由 模拟放大器和数模转换器B组成。所述频率控制单元与所述闭环反馈单元的电路结 构相同。
所述信号采集单元A将采集得到的由第一探测器输出的顺时针光路信号/c^。 经第一前置放大器放大后，经模数转换器A转换后输出数字信号/^一,给数字信号处理器；所述信号采集单元B将釆集得到的由第二探测器输出的逆时针光路信号/ ^_。 经第二前置放大器放大后,经模数转换器B转换后输出数字信号/c^^给数字信号处 理器；数字信号处理器对接收的数字信号/o^进行解调后输出A路频率补偿信号 /^_2给频率控制单元，频率控制单元对接收的A路频率补偿信号/， _2经数模转换器 A、电压变换电路后输出电压信号/^_3给光源；输出的电压信号/，_3可以用于调整 光源出射光的频率，从而使顺时针传输光的频率恒定在谐振点。数字信号处理器对接收的数字信号d一进行解调后输出B路频率补偿信号 /^_2给闭环反馈单元，闭环反馈单元对接收的B路频率补偿信号/ ^_2经数模转换器B、模拟放大器后输出斜波信号d-3给第二相位移频器；输出的斜波信号/o;^3对第二相位移频器进行频率调整，使逆时针传输光的频率恒定在谐振点。数字信号处理器产生一个系统工作的同步时钟信号/^送至三角波信号发生器， 作为三角波信号发生器产生三角波调制信号/w的相位基准，产生的三角波调制信号 分别给第一相位移频器和第二相位移频器；温度控制单元的模数转换器C首先读取代表光源实际温度的电压信号/。(简称 实际温度电压/。)，并将其转换成实际温度电压数字量信号/c。(简称数字实温A。) 输出给数字信号处理器；所述数字实温/。。在数字信号处理器中经调整后输出设定温 度电压数字量信号/^ (简称数字设温/m)给数模转换器C，所述数字设温/^经数 模转换器C转换后输出代表设定温度的电压信号/i给光源。在本发明中，电源电路采用常规芯片及外围电路搭接形成，其输出有1.5V、 2.5V、 3V、 3.3V、 +5VD、 ±5V、 土15V电源。在本发明中，信号釆集单元A和信号采集单元B的电路结构相同，故省略对信 号采集单元B的电路联接说明。频率控制单元的电路结构与闭环反馈单元的电路结 构相同，故省略闭环反馈单元的电路联接说明。模数转换器A、模数转换器B采用 AD系列或LTC系列的12位高速A/D;模数转换器C釆用AD系列或LTC系列串 行A/D;数模转换器A、数模转换器B采用AD系列或LTC系列的16位D/A;数 模转换器C采用AD系列或LTC系列串行D/A;第一前置放大器、第二前置放大器、
电压变换电路和模拟放大器都釆用AD系列的运算放大器；三角波发生电路采用 MAX系列通用信号发生芯片或自搭三角波生成电路；光源采用可调谐窄线宽激光光 源，具有温度读取和温度设定端口、 PZT调节端口控制光源出射光频率。 电路原理图中的各端子连接关系如下所述参见图2所示，FPGA处理器Ul的B8端(时钟信息)、El端、E2端、Dl 端、D2端、Cl端、B4端、B5端、A5端、B6端、A6端、B7端、A7端(12条 数据线)分别与数模转换器A芯片U2的2端、7端 14端、17端 20端(12条 数据线)相联；F2端与信号釆集单元A中比较器U6的7端相联；A9端(时钟信 息)、A10端、B10端、All端、Bll端、A12端、B12端、B13端、C16端、 D15端、D16端、E15端、E16端(12条数据线)与数模转换器B芯片相联；F16 端与信号采集单元B中的比较器相联；R8端(时钟信息)、Ll端、L2端、Ml端、 M2端、Nl端、N2端、Pl端、T3端、R4端、T4端、R5端、T5端、R6端、T6 端、R7端、T7端(16条数据线)分别与数模转换器A芯片U15的26端、14端 l端、28端、27端(16条数据线)相联；T9端(时钟信息)、R9端、TlO端、 R10端、Tll端、Rll端、T12端、R12端、R13端、T14端、P16端、N15端、 N16端、M15端、M16端、L15端、L16端(16条数据线)与数模转换器B芯片 联接；Hl端、Gl端、Fl端和H2端分别与温度控制单元的数模转换器C芯片Ull 的13端、15端、2端和14端相联，R14和G2端与温度控制单元的数模转换器C 芯片Ul 1的1端相联，Kl端、Jl端和J2端分别与温度采集单元的模数转换器C 芯片U14的5端、4端和7端相联；P15端、C2端、A2端、P13端、T13端分 别与下载芯片U1 — 1的43端、31端、10端、40端、13端相联，R14端和G2 端与下载芯片Ul — 1的15端相联；A8端与晶体振荡器Ul —2的3端相联；T8端 与三角波发生器芯片U7的13端相联；K15端为陀螺信息输出端；N13端、N4端、 M12端、M5端、E12端、E5端、D13端、D4端接1.5V电源；F8端、F7端、 E8端、F10端、F9端、E9端、H12端、Hll端、Gll端、Kll端、J12端、Jll 端、M9端、LIO端、L9端、M8端、L8端、L7端、K6端、J6端、J5端、H6 端、H5端、G6端、Bl端、B16端、Rl端、R16端接3.3V电源；G7端、G8 端、G9端、G10端、H7端、H8端、H9端、H10端、J7端、J8端、J9端、JIO 端、K7端、K8端、K9端、K10端、L6端、Lll端、P3端、P14端、R2端、R15 端、Tl端、T16端、R3端、P2端、T2端、Al端、A16端、B2端、B15端、C3
端、C14端、F6端、Fll端数字接地。参见图2A所示，6端、18端、28端、41端分别与数字地联接，8端、16端、 17端、26端、35端、36端、38端分别接3.3V电源，31端经电阻R74后与3.3V 电源联接，8端与13端之间串联有电阻R89， 8端与15端之间串联有电阻R88。参见图3所示，第一探测器输出的光强信号经滤波电路后与运算放大器U3的3 端相联，滤波电路由电容C40、电阻R26、电阻R20、电容C48构成，电容C40 的一端与第一探测器的输出端连接，电容C40的另一端与电阻R26的2端联接，电 阻R26的1端接模拟地，电阻R26的2端与电阻R20的1端联接，电阻R20的2 端与电阻R21的1端联接，电阻R21的2端与运算放大器U3的3端联接，电阻 R20的2端与电阻R21的1端之间接有电容C48，电容C48的另一端接模拟地； 运算放大器U3的1端经电阻R13后与差分运算放大器U4的1端联接，2端经电 阻R25后接模拟地，且电容C50、电阻R7并联后联接在1端与2端之间；4端与 —5V电源联接；8端与+ 5V电源联接；差分运算放大器U4的2端依次通过电阻R13、电阻R19接模拟地；2端与模 数转换器A的芯片U2的24端联接；8端经电阻R4后接模拟地；3端与+ 5V电源 联接；5端经电阻R8后与模数转换器A的芯片U2的30端联接，电容C2与电阻 R3并联后联接在8端与5端之间；4端经电阻R15后与模数转换器A的芯片U2 的29端联接，且电容C43、电阻R18并联后联接在4端与l端之间；6端与一5V 电源联接；模数转换器A的芯片U2的4端经电阻R27后接模拟地；15端接数字地，16 端接2.5V电源；22端经电阻R2接模拟地，且经电阻R1接3V电源；23端接模 拟地；25端经电容C5后接模拟地，26端经电容C17后接模拟地，且电容C15 与电容C16并联后接在25端与26端之间；27端接3V电源，28端接模拟地；31 端接模拟地，32端接3V。参见图4所示，三角波信号发生芯片U7的1端通过电阻R53与10端联接；8 端与12端联接，且电阻R54与电容C171串联后与电阻R73并联接在8端与模拟 地之间；5端经电容C166接模拟地；2端、4端、6端、7端、9端、11端和18 端接模拟地；15端接数字地；19端通过电阻R70与一级运算放大器U9的2端联 接；20端与-5V电源联接；3端和17端与+5V电源联接；16端与数字电源+5VD 联接；
一级运算放大器U9的3端通过电阻R68接模拟地；电阻R72联接在1端与2 端之间，电容C160与电阻R51串联后与R69并联并联接在1端与二级运算放大 器的2端；4端与-5V电源联接；8端与+5V电源联接；二级运算放大器U8的2端通过电阻R52与6端联接，且调制信号经6端分别 输出给第一相位调制器和第二相位调制器;3端通过电阻R71接模拟地；4端与-15V 电源联接；7端与+15V电源联接。参见图5所示，直流稳压芯片U10的2端与+5V电源联接；4端接模拟地；6 端与数模转换器C芯片Ul 1的7端和8端联接，6端与模数转换器C芯片U14的 l端联接；数模转换器C芯片Ul 1的4端通过电阻R57与运算放大器A芯片U12的3 端相联；5端通过电阻R58与运算放大器B芯片U13的3端相联；电阻R63与电 容C124串联在ll端和模拟地之间；3端、10端与+5V电源联接；9端、12端接 模拟地；数模转换器C输出的温度控制信号经6端给光源；运算放大器A芯片U12的3端通过电容Cl 12接模拟地；2端通过电阻R61 接模拟地，电阻R59和电容C120并联后接在2端与1端之间；1端通过电阻R22 与数模转换器A芯片U15的16端相联，电容C46和电容C47并联后接在1端和 模拟地之间；4端与-5V电源联接；8端与+5V电源联接；运算放大器B芯片U13的3端通过电容C113接模拟地；2端通过电阻R62 接模拟地，电阻R60和电容C121并联后接在2端与1端之间；1端与数模转换器 B芯片相联；4端与-5V电源联接；8端与+5V电源联接；模数转换器C芯片U14的2端与光源连接，3端接模拟地；6端接数字地；8 端与+5V电源联接。参见图6所示，数模转换器A的19端通过电阻RIO与一级运算放大器U16的 3端联接，且经电阻R5接模拟地；20端通过电阻R14与一级运算放大器U16的2 端联接，且经电阻R17接模拟地；电容C33联接在19端与20端之间；24端接数 字地；17端、18端接模拟地；15端经电容C45接模拟地；21端通过电容C9与 -5V电源联接；22端通过电容C8与-5V电源联接；23端与-5V电源联接；25端 与+5V电源联接；端通过电阻R6接模拟地；5端通过电阻R9接模拟 地；电阻R23接在2端与l端之间；电阻R12接在1端和6端之间；电阻R24接 在6端和7端之间；7端通过电阻R11与二级运算放大器U17的2端联接；4端接 -5V电源；8端接+5V电源；二级运算放大器U17的3端通过电阻R16接模拟地；电阻R55接在2端与6 端之间；6端与光源连接；4端与-15V电源相联；7端与+15V电源联接。本发明采用基于三角波的双频率调制解调和频率控制电压、温度同时反馈，顺逆 时针双路闭环检测控制方式。各单元的详细功能说明如下三角波信号发生器三角波信号发生器主要是产生所需要的三角波调制信号。根据数字信号处理器提 供的相位基准，产生与基准信号同相的三角波调制信号。由于微光学陀螺的谐振腔腔 长很短，使得其谐振特性曲线中自由谱线宽度和谐振谷半高全宽值都很大，为了获得 更好的调制效果，本发明采用模拟三角波的调制方式(参见图1A所示)。可由积分 电路或者现有的信号发生芯片生成所需的三角波信号。微光学陀螺谐振腔的谐振特 性、陀螺的检测精度及检测范围决定了调制三角波信号的波形参数。信号采集单元信号采集单元包括信号采集单元A和信号采集单元B,两部分的电路结构相同， 都由前置放大器和AD转换器构成。前置放大器的主要功能是将光电转换后的电流信 号变换为电压信号并进行低噪声放大，以满足A/D转换的要求。设计前置放大器时， 应注意探测器输出信号的特点以及反大器增益和带宽的选取。由于微光学陀螺的谐振 腔腔长很短，对调制频率要求髙，导致整个检测控制电路都需有较高的工作频率，因 此在AD和DA选择时需考虑这一点。为了提高检测精度，AD转换采用差分输入型， 因此在AD之前需有一个单输入转差分输出的芯片。AD转换后的数字量送给FPGA。数字信号处理器电路本发明釆用闭环锁定顺时针光路，检测逆时针光路闭环反馈量的方法获取频差信 号，进而求得输出转动角速度。要求三角波调制、AD采集、解调过程的时序严格同 步，设计时特别需要考虑各芯片的转换延时。数字信号处理器产生系统工作的同步时 钟信号送至调制信号发生单元，作为三角波调制信号的相位基准，产生的三角波调制 信号同时给第一相位移频器和第二相位移频器。 数字信号处理器给出电路各部分工作的时序，包括调制信号基准时钟、两路信号 采样时钟、反馈控制单元的DA转换时钟、以及温度控制部分的采样和转换时钟。晶 振产生的基准频率信号，经过数字信号处理器内部时钟管理系统DCM的分频与倍频 产生反馈控制单元的DA转换器的转换时钟和信号采集单元AD转换器的采样时钟， 并同时控制解调过程。数字信号处理器程序由信号采集单元A输出的电压信号解算出控制光源出射光 频率变化的反馈值，产生控制电压送给光源的PZT电压控制端；同时，启动温度控 制，保证反馈的PZT电压不会到达控制范围的边缘，避免反馈电压的突变引起的光 源出射光频率的跳变，最终导致顺时针传播光的频率偏离谐振点。由信号采集单元B 输出的电压信号解算出对反馈斜波的修正值，送至第二相位移频器，控制逆时针传播 光的频率变化，使其恒定在逆时针光路的谐振频率点。闭环反馈单元和频率控制单元闭环反馈单元和频率控制单元包括一路光源PZT电压转换电路和一路斜波发生 电路。光源PZT电压转换电路的输入数字信号由数字信号处理器产生，DA转换器输 出电流信号经过放大器转换成电压信号并放大，用来控制光源出射光频率变化。斜波 发生电路与光源PZT电压转换电路相同，输入信号为反馈数字斜波信号，转化为模 拟斜波信号后送至第二相位移频器，控制逆时针传播光的频率变化。温度控制单元温度控制单元包括光源实际温度采集电路和光源设定温度输出电路。由于光源出 射光频率受环境温度的影响比较大，为保证稳定工作，需对光源温度进行控制。首先 由光源给出的反应实际温度的电压经AD转换后变为数字量送给数字信号处理器，通 过相应的转换关系，并根据当前光源PZT电压的反馈量，解算出光源设定温度的数 字量，经DA转换器转换为电压值送给光源的温度控制端。
权利要求
1、一种微光学陀螺的调制解调和反馈控制装置，其特征在于由电源电路单元、数字信号处理器、信号采集单元A、信号采集单元B、三角波信号发生器、闭环反馈单元、频率控制单元和温度控制单元组成；所述信号采集单元A将采集得到的由第一探测器输出的顺时针光路信号fCW-0经第一前置放大器放大后，经模数转换器A转换输出的数字信号fCW-1给数字信号处理器；所述信号采集单元B将采集得到的由第二探测器输出的逆时针光路信号fCCW-0经第二前置放大器放大后，经模数转换器B转换输出的数字信号fCCW-1给数字信号处理器；数字信号处理器对接收的数字信号fCW-1进行解调后输出A路频率补偿信号fCW-2给频率控制单元，频率控制单元对接收的A路频率补偿信号fCW-2经数模转换器A、电压变换电路后输出电压信号fCW-3给光源；数字信号处理器对接收的数字信号fCCW-1进行解调后输出B路频率补偿信号fCCW-2给闭环反馈单元，闭环反馈单元对接收的B路频率补偿信号fCCW-2经数模转换器B、模拟放大器后输出斜波信号fCCW-3给第二相位移频器；数字信号处理器产生一系统工作的同步时钟信号fFB送至三角波信号发生器，作为三角波信号发生器产生三角波调制信号fSJ的相位基准，产生的三角波调制信号fSJ分别给第一相位移频器和第二相位移频器；温度控制单元的模数转换器C首先读取代表光源的实际温度的电压信号f0(简称实际温度电压f0)，并将其转换成数字量实际温度电压信号fD0(简称数字温度电压fD0)输出给数字信号处理器；所述数字温度电压fD0在数字信号处理器中经调整后输出对比信号fD1给数模转换器C，所述对比信号fD1经数模转换器C转换后输出代表设定温度的电压信号f1给光源。
2、 根据权利要求1所述的调制解调和反馈控制装置，其特征在于信号釆集单元A 和信号采集单元B的电路结构相同，频率控制单元的电路结构与闭环反馈单元的 电路结构相同；电路的联接为FPGA处理器U1的B8端、El端、E2端、Dl 端、D2端、Cl端、B4端、B5端、A5端、B6端、A6端、B7端、A7端分别 与数模转换器A芯片U2的2端、7端 14端、17端 20端相联；F2端与信 号采集单元A中比较器U6的7端相联；A9端、A10端、B10端、Al 1端、Bl 1 端、A12端、B12端、B13端、C16端、D15端、D16端、E15端、E16端 与数模转换器B芯片相联；F16端与信号采集单元B中的比较器相联；R8端、 Ll端、L2端、Ml端、M2端、Nl端、N2端、Pl端、T3端、R4端、T4端、 R5端、T5端、R6端、T6端、R7端、T7端分别与数模转换器A芯片U15的 26端、14端 1端、28端、27端相联；T9端、R9端、TIO端、RIO端、Tl 1 端、Rll端、T12端、R12端、R13端、T14端、P16端、N15端、N16端、 M15端、M16端、L15端、L16端与数模转换器B芯片联接；Hl端、Gl端、 Fl端和H2端分别与温度控制单元的数模转换器C芯片Ul 1的13端、15端、 2端和14端相联，R14和G2端与温度控制单元的数模转换器C芯片Ul 1的1 端相联，Kl端、Jl端和J2端分别与温度采集单元的禾莫数转换器C芯片U14的 5端、4端和7端相联；P15端、C2端、A2端、P13端、T13端分别与下载芯 片U1 —l的43端、31端、10端、40端、13端相联，R14端和G2端与下载 芯片U1 —1的15端相联；A8端与晶体振荡器U1 — 2的3端相联；T8端与三 角波发生器芯片U7的13端相联；K15端为陀螺信息输出端；N13端、N4端、 M12端、M5端、E12端、E5端、D13端、D4端接1.5V电源；F8端、F7 端、E8端、F10端、F9端、E9端、H12端、Hll端、Gll端、Kll端、J12 端、Jll端、M9端、L10端、L9端、M8端、L8端、L7端、K6端、J6端、 J5端、H6端、H5端、G6端、Bl端、B16端、Rl端、R16端接3.3V电源； G7端、G8端、G9端、G10端、H7端、H8端、H9端、H10端、J7端、J8 端、J9端、J10端、K7端、K8端、K9端、KIO端、L6端、Lll端、P3端、 P14端、R2端、R15端、Tl端、T16端、R3端、P2端、T2端、Al端、A16 端、B2端、B15端、C3端、C14端、F6端、Fll端数字接地；6端、18端、 28端、41端分别与数字地联接，8端、16端、17端、26端、35端、36端、 38端分别接3.3V电源，31端经电阻R74后与3.3V电源联接，8端与13端之 间串联有电阻R89， 8端与15端之间串联有电阻R88;第一探测器输出的光强信号经滤波电路后与运算放大器U3的3端相联，滤波电 路由电容C40、电阻R26、电阻R20、电容C48构成，电容C40的一端与第一探 测器的输出端连接，电容C40的另一端与电阻R26的2端联接，电阻R26的1端 接模拟地，电阻R26的2端与电阻R20的1端联接，电阻R20的2端与电阻R21 的1端联接，电阻R21的2端与运算放大器U3的3端联接，电阻R20的2端与 电阻R21的1端之间接有电容C48，电容C48的另一端接模拟地；运算放大器U3的1端经电阻R13后与差分运算放大器U4的1端联接，2端经电阻R25后接模拟 地，且电容C50、电阻R7并联后联接在1端与2端之间；4端与一5V电源联接； 8端与+ 5V电源联接；差分运算放大器U4的2端依次通过电阻R13、电阻R19 接模拟地；2端与模数转换器A的芯片U2的24端联接；8端经电阻R4后接模拟 地；3端与+ 5V电源联接；5端经电阻R8后与模数转换器A的芯片U2的30端联 接，电容C2与电阻R3并联后联接在8端与5端之间；4端经电阻R15后与模数 转换器A的芯片U2的29端联接，且电容C43、电阻R18并联后联接在4端与1 端之间；6端与—5V电源联接；模数转换器A的芯片U2的4端经电阻R27后接模 拟地；15端接数字地，16端接2.5V电源；22端经电阻R2接模拟地，且经电阻 Rl接3V电源；23端接模拟地；25端经电容C5后接模拟地，26端经电容C17 后接模拟地，且电容C15与电容C16并联后接在25端与26端之间；27端接3V 电源，28端接模拟地；31端接模拟地，32端接3V;三角波信号发生芯片U7的1端通过电阻R53与10端联接;8端与12端联接， 且电阻R54与电容C171串联后与电阻R73并联接在8端与模拟地之间；5端经电 容C166接模拟地；2端、4端、6端、7端、9端、11端和18端接模拟地；15 端接数字地；19端通过电阻R70与一级运算放大器U9的2端联接；20端与-5V 电源联接；3端和17端与+5V电源联接；16端与数字电源+5VD联接； 一级运算 放大器U9的3端通过电阻R68接模拟地；电阻R72联接在1端与2端之间，电 容C160与电阻R51串联后与R69并联并联接在1端与二级运算放大器的2端；4 端与-5V电源联接；8端与+5V电源联接；二级运算放大器U8的2端通过电阻R52 与6端联接，且调制信号经6端分别输出给第一相位调制器和第二相位调制器；3 端通过电阻R71接模拟地；4端与-15V电源联接；7端与+15V电源联接；直流稳压芯片U10的2端与+5V电源联接；4端接t莫拟地；6端与数模转换器 C芯片Ul 1的7端和8端联接，6端与模数转换器C芯片U14的1端联接；数模 转换器C芯片Ul 1的4端通过电阻R57与运算放大器A芯片U12的3端相联；5 端通过电阻R58与运算放大器B芯片U13的3端相联；电阻R63与电容C124串 联在ll端和模拟地之间；3端、10端与+5V电源联接；9端、12端接模拟地；数 模转换器C输出的温度控制信号经6端给光源；运算放大器A芯片U12的3端通 过电容C112接模拟地；2端通过电阻R61接模拟地，电阻R59和电容C120并联 后接在2端与1端之间；1端通过电阻R22与数模转换器A芯片U15的16端相联， 电容C46和电容C47并联后接在1端和模拟地之间；4端与-5V电源联接；8端与+5V电源联接；运算放大器B芯片U13的3端通过电容CI 13接模拟地；2端通过 电阻R62接模拟地，电阻R60和电容C121并联后接在2端与1端之间；1端与 数模转换器B芯片相联；4端与-5V电源联接；8端与+5V电源联接；模数转换器C 芯片U14的2端与光源连接，3端接模拟地；6端接数字地；8端与+5V电源联接； 数模转换器A的19端通过电阻RIO与一级运算放大器U16的3端联接，且经 电阻R5接模拟地；20端通过电阻R14与一级运算放大器U16的2端联接，且经 电阻R17接模拟地；电容C33联接在19端与20端之间；24端接数字地；17端、 18端接模拟地；15端经电容C45接模拟地；21端通过电容C9与-5V电源联接； 22端通过电容C8与-5V电源联接；23端与-5V电源联接；25端与+5V电源联接； 一级运算放大器U16的3端通过电阻R6接模拟地；5端通过电阻R9接模拟地； 电阻R23接在2端与1端之间；电阻R12接在1端和6端之间；电阻R24接在6 端和7端之间；7端通过电阻R11与二级运算放大器U17的2端联接；4端接-5V 电源；8端接+5V电源；二级运算放大器U17的3端通过电阻R16接模拟地；电 阻R55接在2端与6端之间；6端与光源连接；4端与-15V电源相联；7端与+15V 电源联接。
3、根据权利要求1所述的调制解调和反馈控制装置，其特征在于模数转换器A、模数转换器B采用AD系列或LTC系列的12位髙速A/D;模数转换器C采用AD系列或LTC系列串行A/D;数模转换器A、数模转换器B采用AD系列或LTC系列的16位D/A;数模转换器C采用AD系列或LTC系列串行D/A;第一前置放大器、第二前置放大器、电压变换电路和模拟放大器都采用AD系列的运算放大器；三角波发生电路釆用MAX系列通用信号发生芯片或自搭三角波生成电路； 光源采用可调谐窄线宽激光光源，具有温度读取和温度设定端口、 PZT调节端 口控制光源出射光频率。
全文摘要
本发明公开了一种微光学陀螺的调制解调和反馈控制装置，由电源电路单元、数字信号处理器、信号采集单元A、信号采集单元B、三角波信号发生器、闭环反馈单元、频率控制单元和温度控制单元组成。本发明采用基于三角波的双频率调制解调和频率控制电压、温度同时反馈，顺逆时针双路闭环检测控制方式。该调制解调技术使载体角速度引起谐振腔中顺逆时针传播的光束的谐振频率差转换成易于测量的电压差，通过该转换间接测量载体的角速度。
文档编号G01C19/72GK101149265SQ20071017737
公开日2008年3月26日 申请日期2007年11月15日 优先权日2007年11月15日
发明者冯丽爽, 刘惠兰, 张春熹, 杜哲峰, 洪灵菲, 马迎建 申请人:北京航空航天大学