一种激光陀螺腔平移镜抖动形变主动补偿装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光陀螺，特指一种激光陀螺腔平移镜抖动形变主动补偿装置，用于减小或消除机械抖动导致的陀螺径向腔长变化。
【背景技术】
[0002]环形激光陀螺具有动态范围宽、比例因子线性度好、启动迅速、对加速度不敏感等一系列优点，是捷联惯性系统的理想元件，广泛应用于航海、航空、航天和陆地等领域。
[0003]激光陀螺存在着闭锁现象，采用机械抖动偏频可以消除闭锁。一个典型的机械抖动偏频激光陀螺为三角形或方形配置，包含三片或四片反射镜。图1为方形配置的机械抖动偏频激光陀螺结构简图，两片可动镜2、3和两片固定镜4、5与方形微晶玻璃腔体I构成激光谐振腔，腔内产生两束相向运行的激光。两片可动镜2、3外侧粘有压电陶瓷(PZT)，改变压电陶瓷上的电压可产生伸缩运动，带动可动镜2、3沿轴向移动，从而使陀螺谐振腔腔长发生变化。可动镜、压电陶瓷及其组件组成腔平移镜(或腔长控制机构、程长控制机构、稳频装置)。激光陀螺在运行过程中由于腔体的热膨胀和热变形会引起总腔长的变化，为了稳定激光频率，需要利用腔平移镜来稳定总腔长。
[0004]光电二极管7粘接在固定镜4的合光棱镜上，用于输出两路正交的陀螺计数信号A、B，光电二极管8粘接在固定镜5上用于输出光强信号UM，UM可用于光强监控或者作为腔长控制电路的反馈输入。抖轮6安装在微晶玻璃腔体I的中心位置，抖轮的辐条上贴有PZT片，通过PZT片的驱动使得抖轮带动腔体产生小幅快速交变振动，从而给陀螺加入一个正负交变的抖动偏频，消除陀螺闭锁效应。
[0005]抖轮带动腔体小幅快速交变振动的同时，腔平移镜也产生相同的运动，表现为腔平移镜受到交变惯性力。陀螺抖动的幅度Θ通常为200?600角秒，抖动频率f为300Hz?1000Hz，抖动角加速度a=0.(2对)2非常大，在腔平移镜3处的切向加速度也很大，相应的腔平移镜将承受很大的交变惯性力。由于腔平移镜的刚度较微晶玻璃腔体I小，且其各组件的刚度也不同，因此腔平移镜必然产生切向形变X，同时由于腔平移镜的一些非理想因素也会导致径向形变Y。径向形变使谐振器腔长受到调制，导致稳频精度下降，对陀螺性能产生影响，陀螺输出光强LIM与正交计数信号A、B的幅度均会受到调制，调制频率和抖动频率相关，调制幅度与径向形变有关，径向形变越大，幅度调制越大。机械抖动反馈信号Ud及抖动调制下的陀螺输出A如图2所示，可见陀螺输出A的幅度受到抖动的调制，陀螺输出B类似，同时光强信号UM也会受到抖动调制。抖动调制导致陀螺性能下降。
[0006]目前，激光陀螺正常工作时均有配套的腔长控制电路(稳频电路)，用于补偿热膨胀和热变形引起的腔长的变化。腔长控制电路具体示意图如图3所示，光电二极管输出的光强LIM输入到腔长控制电路I，腔长控制电路I根据光强信号LIM的变化输出相应的腔长控制电压Vplc经电压放大器2放大后加到腔平移镜以补偿热变形引起的陀螺腔长变化。但由于腔长控制电路的频率响应一般远低于机械抖动频率，而机械抖动导致的腔平移镜径向形变和陀螺腔长是以抖动频率动态变化，因而无法通过腔长控制电路对机械抖动导致的腔平移镜径向形变和陀螺腔长变化进行补偿;为了减小机械抖动导致的腔平移镜形变及其对陀螺性能的影响，现有技术下的一般做法是优化腔平移镜结构设计、增加腔平移镜结构刚度，其困难在于需要改变陀螺的现有结构、成本高。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是:提供一种激光陀螺腔平移镜抖动形变主动补偿装置，可在激光陀螺现有结构的基础上，通过电子线路和信号处理对机械抖动导致的腔平移镜径向形变进行主动补偿，减小或消除机械抖动导致的陀螺腔长变化，从而改善激光陀螺精度。
[0008]为实现本发明而采用的技术解决方案是:
[0009]激光陀螺腔平移镜抖动形变主动补偿装置，包括腔长控制电路，其特征在于:还包括:误差处理电路(10)、模数转换器(20)、控制器(30)、数模转换器(40)、移相电路(50)、乘法器(60)、求和电路(70);误差处理电路(10)接收激光陀螺的光强信号，输出误差电压通过模数转换器(20)传入控制器(30);机械抖动反馈信号经所述移相电路(50)移相后与控制器
(30)通过数模转换器(40)输出的补偿控制量经乘法器(60)相乘得到幅度和相位可调的抖动形变主动补偿信号，该信号与原先已有的腔长控制电压叠加后一同对激光陀螺的腔平移镜进行控制，在补偿热膨胀和热变形引起的激光陀螺腔长变化的同时补偿由于机械抖动导致的腔平移镜径向形变，从而减小或消除机械抖动导致的陀螺腔长变化。
[0010]所述误差处理电路(10)对陀螺输出光强或正交计数信号处理得到误差电压。
[0011]调整抖动形变主动补偿信号的幅度和相位使误差电压最小可减小或消除机械抖动导致的腔平移镜径向形变和陀螺腔长变化。
[0012]所述的控制器(30)为激光陀螺自带的控制器，或者额外增加的控制器。
[0013]所述误差处理电路(10)由带通滤波器(11)和交流/直流转换电路(12)组成，或由包络检波器(13)和交流/直流转换电路(13)组成。
[0014]所述的控制器(30)为单片机、FPGA或DSP。
[0015]所述的交流/直流转换电路(12)为由型号AD736的芯片组成的交流/直流转换电路。
[0016]所述的移相电路(50)为包括运算放大器、电阻和电容的多端反馈全通滤波器，通过改变电阻和电容的值从而改变移相的角度。
[0017]所述的包络检波电路(13)为包括调幅电阻和调幅电容的电路。
[0018]本发明的优点在于:
[0019]本发明不改变激光陀螺的现有结构，仅通过电子线路和信号处理对机械抖动导致的腔平移镜径向形变进行主动补偿，提高了激光陀螺精度，同时实施成本低。
【附图说明】
[0020]图1是方形配置的机械抖动偏频激光陀螺结构简图。
[0021 ]图2是机械抖动反馈信号及抖动调制下的陀螺输出计数信号A波形图。
[0022]图3为【背景技术】的激光陀螺腔长控制电路示意图。
[0023]图4是本发明第一例激光陀螺腔平移镜抖动形变主动补偿装置的结构框图。
[0024]图5是本发明第二例激光陀螺腔平移镜抖动形变主动补偿装置的结构框图。
[0025]图6是本发明的交流/直流转换电路的具体实施例的电路原理图。
[0026]图7是本发明的移相电路的具体实施例的电路原理图。
[0027]图8是本发明的乘法器电路的具体实施例的电路原理图。
[0028]图9是本发明的包络检波电路的具体实施例的电路原理图。
[0029 ]图1O是本发明的求和电路的具体实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
[0030]以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。
[0031]如图4所示，本发明第一例激光陀螺腔平移镜抖动形变主动补偿装置包括误差处理电路10、模数转换器20、控制器30、数模转换器40、移相电路50、乘法器60、求和电路70。所述误差处理电路10包括带通滤波器11和交流/直流转换电路12。所述控制器20为单片机、FPGA或者DSP，可以采用激光陀螺配套电路中已有的控制器，也可以额外增加一个控制器。所述模数转换器20优选分辨率为10位或10位以上、每秒转换速度大于100次的模数转换芯片。所述数模转换器40优选分辨率为1位或1位以上、每秒转换速度大于100次的数模转换芯片。图4中腔长控制电路I与电压放大器2属于激光陀螺正常工作所需的配套电路，可以是已有的能满足腔长控制需要的任何形式的电路。
[0032]在该实施例中，激光陀螺的光电二极管检测激光陀螺的光强，输出光强信号LIM，该光强信号同时输入到腔长控制电路I和误差处理电路10。一路光强信号输入到腔长控制电路I后，形成腔长控制量VPLC，用于对激光陀螺的热膨胀和热变形引起的腔长变化进行补偿。另一路光强信号L頂输入到误差处理电路10的带通滤波电路11，带通滤波器的中心频率必须设置为与机械抖动频率接近，其输出误差信号err反映了机械抖动对光强的幅度调制，该误差信号由交流/直流转换电路12转换为直流误差电压Ve3rrt3直流误差电压Ve3rr经模数转换器20转换成数字信号输入到控制器30中，控制器根据该误差电压的大小计算得出主动补偿控制量V。，主动补偿控制量V。经数模转换器40输出。
[0033]表征机械抖动幅度与频率的抖动反馈信号Ud经过移相电路50移相角度Θ后得到Ude，移相后的抖动反馈信号Ude送入乘法器60，与主动补偿控制量V。相乘得到腔平移镜抖动形变主动补偿信号UcciMP。乘法器60输出UcciMP = S.Ude.V。，其中S为乘法器的比例因子，因此改变补偿控制量V。即可改变抖动形变主动补偿信号UaiMP的幅度，改变移相电路的移相角度Θ即可改变抖动形变主动补偿信号Ucqmp的相位。移相电路的移相角度Θ的确定方式如下:保持补偿控制量V。不变，相应地叠加到腔平移镜上的抖动形变主动补偿信号Uoimp幅度不变，