CN102012237A - 一种棱镜式激光陀螺动态锁区测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种棱镜式激光陀螺动态锁区测试方法，包括以下步骤：1)激励激光陀螺射出P偏振光；2)启动转台按照余弦曲线方程旋转；3)将光电接收器对准P偏振光接收光脉冲信号并转换为电信号；4)将电信号放大；5)将放大的电信号整流、滤波后转换为方波信号输入单片机；6)单片机实时读取方波信号中的脉冲数、采集转台的旋转角速度并将相关信息输入图像显示装置中；7)图像显示装置实时显示脉冲数、转台旋转角速度与时间的关系图；8)读取关系图中出现脉冲信号的时刻所对应的转台旋转角速度，即为被测棱镜式激光陀螺动态锁区值。本发明能够快速、准确的实现锁区的检测，可以较快的提高生产效率，便于生产应用和激光谐振腔的质量判定。

Description

一种棱镜式激光陀螺动态锁区测试方法

【技术领域】

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种棱镜式激光陀螺动态锁区测试方法。

【背景技术】

棱镜式激光陀螺作为一种独特类型的激光陀螺，在国外仅有俄罗斯一家在生产，对于锁区的测试采用的是传统的手动转台加光电接收器来完成。主要存在两个问题：1)误差较大，转台的转动速率是手工进行控制，完全处在随机状态，测试精度仅仅达到0.03°/s，而且对于最小锁区值产生的时间也无法进行判断，导致测试出的锁区值无法判定是否为最小的锁区值；2)工作效率低，一次锁区测试保守的时间为2小时，整个过程中需要一个专门的人一直观察操作，浪费了人力资源。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种棱镜式激光陀螺动态锁区测试方法，该方法能有效的提高测试精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种棱镜式激光陀螺动态锁区测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过外加电源激励被测棱镜式激光陀螺，使激光陀螺的谐振腔射出P偏振光；

2)所述谐振腔固定于转台上，启动转台按照余弦曲线方程旋转；

3)将信号接收和处理装置的光电接收器对准激光谐振腔出射的P偏振光接收光脉冲信号并转换为电信号，光电接收器将转换后的电信号输入放大器；

4)放大器放大电信号后输入整流滤波器；

5)整流滤波器整流、滤波后转换为方波信号输入采样和分析装置的单片机中；

6)单片机读取方波信号中的脉冲数并输入采样和分析装置的图像显示装置中；单片机实时采集转台的旋转角速度，并将转台实时旋转角速度信息输入图像显示装置中；

7)图像显示装置实时显示脉冲数、转台旋转角速度与时间的关系图；

8)读取关系图中出现脉冲信号的时刻所对应的转台旋转角速度，该时刻转台旋转角速度即为被测棱镜式激光陀螺动态锁区值。

所述余弦曲线方程为V＝V₀cos(ωt)，所述V₀＝10度/秒，ω＝0.01Hz。

所述转台为单轴旋转转台。

所述步骤4)中放大器的放大倍数为1000倍。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明利用布鲁斯特窗实现P偏振光的出射，通过光电接收器和信号处理器将转速和拍频信号之间的线性关系测量出来，解决现行测量技术中存在的误差大，精度差和效率低的问题，将人的因素排除在外，测量精度可以达到0.003°/s；本发明能够快速、准确的实现锁区的检测，可以较快的提高生产效率，便于生产应用和激光谐振腔的质量判定。

【附图说明】

图1为本发明一种棱镜式激光陀螺动态锁区测试方法用测试装置的结构示意图。

【具体实施方式】

棱镜式激光陀螺正常工作时，当旋转角速度小于某一临界值后，棱镜式激光陀螺输出的脉冲信号对旋转角速度变化无相应，该临界角速度的大小即为激光陀螺的动态锁区。

请参阅图1所示，本发明一种棱镜式激光陀螺动态锁区测试方法的测试装置包括被测量的激光谐振腔1、信号接收和处理装置2(包括光电接收器、信号放大器、整流滤波器)、采样和分析装置3(单片机)和速率转台4。

棱镜式激光谐振腔1固定在单轴速率转台4上，将激光谐振腔1通过外加的电源激励发光，将信号接收和处理装置2的光电接收器对准激光谐振腔1出射的P偏振光接收光脉冲信号并转换为电信号，然后传输给信号接收和处理装置2的信号放大器将微安计的弱信号放大1000倍左右输入滤波整理器，再经过信号接收和处理装置2的整流滤波器过滤掉杂波同时将信号转换成方波信号，方波信号输送到采样和分析装置3的单片机中，单片机读取方波信号中的脉冲数，并将脉冲信息输入图像显示装置中，实时显示出激光谐振腔1出射P偏振光的脉冲信号与时间的关系图。另外转台4按照系统启动时单片机给定余弦曲线(V＝V₀cos(ωt)；V₀＝10度/秒；ω＝0.01Hz)进行旋转，固定在单轴转台4上的棱镜式激光谐振腔1随着转台4按照余弦曲线进行旋转，旋转角速度按照余弦曲线进行变化，当旋转角速度小于某一临界值时，棱镜式激光谐振腔1的P偏振光无脉冲信号输出；当旋转角速度到达临界值时，棱镜式激光谐振腔1输出脉冲信号，随着旋转角速度的增加脉冲信号的频率越来越大，再随着旋转角速度的降低脉冲信号的频率越来越小，小于临界值时消失。转台4的旋转角速度实时反馈给单片机，单片机将反馈信号输入图像显示装置，图像显示装置实时显示出转台4与时间的曲线图；即图像显示装置能够实时将脉冲信号、转台角速度及时间的变化关系显示出来。通过显示装置显示的波形图，找到出现脉冲信号时刻对应转台4旋转角速度，该旋转角速度即被测棱镜式激光陀螺动态锁区值。

棱镜式激光陀螺的四个棱镜依靠布鲁斯特角实现了环腔的低损耗特性，同时使得P偏振光入射到谐振腔之外，通过光电接收器接收出射的P偏振光，利用激光驻波的特点，当环腔转动时，就可以测出扫过多少个驻波的波腹和波节。腔体每转过λ/2R(λ代表激光的中心波长；R代表腔体半径)弧度，就会扫过一个波腹和波节。在光电接收器中就会输出一个脉冲信号。如检测到有N个脉冲输出，就表明腔体转过θ弧度：

$\mathrm{\θ}=N\frac{\mathrm{\λ}}{2R}=\frac{\mathrm{\λL}}{4A}N$

式中：θ代表环形谐振腔转过的弧度数；λ代表激光的中心波长；L代表环形谐振腔的光学腔长；A代表环形腔的光路所围成的面积；

通过检测输出陀螺刚刚出现脉冲时所对应的θ值来得到陀螺转过的弧度数，然后根据转台转过的时间和转台设定的转动方程V＝V₀cos(ωt)可以求出陀螺刚刚出现脉冲时对应的转台转速，即为陀螺的锁区值。

本发明解决现行测量技术中存在的误差大，精度差和效率低的问题，将人的因素排除在外，将测量精度由原先的0.03°/s提高到0.003°/s；本发明能够快速、准确的实现锁区的检测，可以较快的提高生产效率，便于生产应用和激光谐振腔的质量判定。

Claims (4)

1.一种棱镜式激光陀螺动态锁区测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过外加电源激励被测棱镜式激光陀螺，使激光陀螺的谐振腔(1)射出P偏振光；

2)所述谐振腔(1)固定于转台(4)上，启动转台(4)按照余弦曲线方程旋转；

3)将信号接收和处理装置(2)的光电接收器对准激光谐振腔(1)出射的P偏振光接收光脉冲信号并转换为电信号，光电接收器将转换后的电信号输入放大器；

4)放大器放大电信号后输入整流滤波器；

5)整流滤波器整流、滤波后转换为方波信号输入采样和分析装置(3)的单片机中；

6)单片机读取方波信号中的脉冲数并输入采样和分析装置(3)的图像显示装置中；单片机实时采集转台(4)的旋转角速度，并将转台(4)实时旋转角速度信息输入图像显示装置中；

7)图像显示装置实时显示脉冲数、转台(4)旋转角速度与时间的关系图；

8)读取关系图中出现脉冲信号的时刻所对应的转台(4)旋转角速度，该时刻转台(4)旋转角速度即为被测棱镜式激光陀螺动态锁区值。

2.如权利要求1所述一种棱镜式激光陀螺动态锁区测试方法，其特征在于，所述余弦曲线方程为V＝V₀cos(ωt)，所述V₀＝10度/秒，ω＝0.01Hz。

3.如权利要求1所述一种棱镜式激光陀螺动态锁区测试方法，其特征在于，所述转台(4)为单轴旋转转台。

4.如权利要求1所述一种棱镜式激光陀螺动态锁区测试方法，其特征在于，所述步骤4)中放大器的放大倍数为1000倍。

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