CN110514197B - 一种减小非共面四频环形激光测角仪刻度系数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环形激光测角仪技术，具体涉及一种减小非共面四频环形激光测角仪刻度系数的方法。本发明通过对非共面四频环形激光谐振腔双光窗光电管经前置放大器输出的2路原始信号进行求和放大、求差放大以及持续对得到的信号与其中一路基准原始信号进行求和放大、求差放大处理，得到一系列信号对，这些信号与2路原始信号在相位上呈现均匀间隔分布，从而实现对测角仪干涉条纹的细分，对这些信号对同时进行解调和计数，有效减小了测角仪的刻度系数，显著提高了测角仪的测角精度。

Description

一种减小非共面四频环形激光测角仪刻度系数的方法
技术领域
本发明属于环形激光测角仪技术，具体涉及一种减小非共面环形激光测角仪刻度系数的方法。
背景技术
基于非共面谐振腔和法拉第磁光效应的非共面四频环形激光测角仪具有动态范围宽、输出带宽大、安装使用简单等优点。当有外界输入转速时，环形激光测角仪的谐振腔内激光光束频率发生变化，对谐振腔输出光干涉形成的条纹进行计数，乘以测角仪的刻度系数即得到转过的角度，如(1)式所示：
Figure BDA0002169402760000012
式中：
Figure BDA0002169402760000011
为量测时间间隔内转过的角度；
N为测角仪在量测时间间隔内对干涉条纹进行计数得到的脉冲数；
k为测角仪的刻度系数。
环形激光测角仪是一种角速率积分传感器，由于一般的脉冲计数器只能记录整数个脉冲，这使它的测量分辨率只有一个脉冲当量，通常把脉冲计数值所对应的角度值与真实值之间的差别称为量化误差，该误差对测角精度造成较大影响。
由(1)式可知，减小测角仪的刻度系数能够降低量化误差，从而提高测角精度。减小测角仪刻度系数常用的方法有：增大环形激光测角仪的谐振腔环路面积，采用多光窗(如4光窗)光电接收器对干涉条纹进行细分。增大环形激光测角仪的谐振腔环路面积会导致测角仪的体积变大，不利于工程应用。而多光窗光电管给制造技术提出了很高的要求，工程实现难度很大。
发明内容
本发明的目的是：提供一种易于工程实现，且能有效提高测角精度的减小非共面四频环形激光测角仪刻度系数的方法。
本发明的技术方案：一种减小非共面四频环形激光测角仪刻度系数的方法，其通过对非共面四频环形激光谐振腔双光窗光电管经前置放大器输出的2路原始信号进行求和放大、求差放大以及持续对得到的信号与其中处于基准位的原始信号进行求和放大、求差放大处理，得到一系列信号对，对得到的系列信号对同时进行解调和计数，有效减小了测角仪的刻度系数。
所述经过双光窗光电管的2路原始信号之间存在π/2相位差。
所述2路原始信号进行求和放大、求差放大后得到的分别相对原始信号基准位滞后π/4和超前π/4的两组一级信号。
所得到的滞后基准位π/4的一级信号与原始基准位信号分别进行求和放大、求差放大后，得到超前原始基准信号3π/8相位的二级信号及滞后原始基准信号π/8相位的二级信号。
所得到的超前基准位π/4的一级信号与原始基准位信号分别进行求和放大、求差放大后，得到滞后原始基准信号3π/8相位的二级信号及超前原始基准信号π/8相位的二级信号。
所述4个二级信号分别与原始基准信号进行求和放大、求差放大后，获得8个三级信号，所述原始信号、一级信号、二级信号及三级信号相位间隔相等，且相位间隔为π/16。
所述8个三级信号分别与原始基准信号进行求和放大、求差放大后，获得16个四级信号，所述原始信号、一级信号、二级信号、三级信号及四级信号相位间隔相等，且相位间隔为π/32。
所述各级信号的求差放大器相同，求和放大器相同。
本发明的优点和有益效果是：本发明利用非共面四频环形激光测角仪的双光窗光电管经过前置放大器输出的2路原始信号进行求和放大、求差放大算术运算，对得到的新信号与其中处于基准位的原始信号进行求和放大、求差放大算术运算，并重复这一处理，得到一系列信号对，这些信号与2路原始信号在相位上呈现均匀间隔分布，从而实现对测角仪干涉条纹的细分，即降低了测角仪的刻度系数。相对于传统的通过增大测角仪环路尺寸和采用多光窗光电管来减小测角仪刻度系数的方法，本发明原理简单和易于工程实现，具有较佳的实际应用价值。
附图说明
图1为本发明减小非共面四频环形激光测角仪刻度系数的方法的一个典型实现(刻度系数为原来的1/4)原理框图。
其中，1-非共面四频环形激光谐振腔、2-双光窗光电管、3-前置放大器、4-前置放大器、5-求和放大器、6-求差放大器、7-求和放大器、8-求差放大器、9-求和放大器、10-求差放大器、11-信号点、12-信号点、13-信号点、14-信号点、15-信号点、16-信号点、17-信号点、18-信号点。
图2为本发明减小非共面四频环形激光测角仪刻度系数的方法的一个典型实现(刻度系数为原来的1/4)中8路信号(A、B、C、D、E、F、G、H)的相位图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
请参阅图1，其为本发明减小非共面四频环形激光测角仪刻度系数的方法的一个典型实现原理框图。测角仪的非共面四频环形激光谐振腔1产生的干涉条纹经双光窗光电管2(光窗间距为1/4干涉条纹间距)探测并经前置放大器3、4放大后输出2路原始信号A、B。信号点11、12处的信号A、B为：
A＝cosωat+cosωbt (2)
Figure BDA0002169402760000021
式中，ωa＝ωf+ωin，ωb＝ωf-ωin，ωf为法拉第偏频，ωin为外界输入转速。
信号A和信号B经求和放大器5、求差放大器6后，在信号点13和信号点14处的得到一级信号C、D为：
Figure BDA0002169402760000031
Figure BDA0002169402760000032
信号A和信号C经求和放大器7、求差放大器8后，在信号点15和信号点16处的得到二级信号E、F为：
Figure BDA0002169402760000033
Figure BDA0002169402760000034
信号A和信号D经求和放大器9、求差放大器10后，在信号点17和信号点18处的二级信号G、H为：
Figure BDA0002169402760000035
Figure BDA0002169402760000036
请参阅图2，上述8路信号，其中信号A中ωin的相位为0，取为基准，信号B中ωin的相位滞后π/2，信号C中ωin的相位滞后π/4，信号D中ωin的相位超前π/4，信号E中ωin的相位滞后π/8，信号F中ωin的相位超前3π/8，信号G中ωin的相位超前π/8，信号H中ωin的相位滞后3π/8。上述8路信号与用一个8光窗光电管(光窗之间的间距为1/16干涉条纹间距)得到的信号相同，从而实现了对测角仪干涉条纹的细分。对上述4对信号(A/B、C/D，E/F，G/H)同时进行解调和计数，即获取上述信号对的脉冲变化数(每个脉冲变化对应角度变化)，使得测角仪的刻度系数减小为原来的1/4，从而有效提高测角仪的测量精度。
重复上述方法，对得到的二级信号E、F、G、H分别与基准信号A进行求和放大、求差放大运算可以进一步得到三级信号、四级信号甚至更高级信号，可以实现对测角仪干涉条纹的进一步细分，测角仪的刻度系数能够继续减小。
本发明通过对非共面四频环形激光谐振腔的双光窗光电管输出的2路原始信号进行求和放大、求差放大以及持续对新得到的信号与其中一路原始信号进行求和放大、求差放大处理，得到一系列信号对，这些信号对连同2路原始信号与用对应的多光窗光电管得到的信号是一致的，从而实现了对测角仪干涉条纹的细分，即降低了测角仪的刻度系数。相对于传统的通过增大测角仪环路尺寸和采用多光窗光电管来减小测角仪刻度系数的方法，本发明原理简单和易于工程实现，具有较佳的实际应用价值。

Claims (4)

1.一种减小非共面四频环形激光测角仪刻度系数的方法，其特征在于：通过对非共面四频环形激光谐振腔双光窗光电管经前置放大器输出的2路原始信号进行求和放大、求差放大以及持续对得到的信号与其中处于基准位的原始信号进行求和放大、求差放大处理，得到一系列信号对，对得到的系列信号对同时进行解调和计数，有效减小了测角仪的刻度系数，
其中，经过双光窗光电管的2路原始信号之间存在π/2相位差，所述2路原始信号进行求和放大、求差放大后得到分别相对原始信号基准位滞后π/4和超前π/4的两组一级信号，
所得到的滞后基准位π/4的一级信号与原始基准位信号分别进行求和放大、求差放大后，得到超前原始基准信号3π/8相位的二级信号及滞后原始基准信号π/8相位的二级信号，所得到的超前基准位π/4的一级信号与原始基准位信号分别进行求和放大、求差放大后，得到滞后原始基准信号3π/8相位的二级信号及超前原始基准信号π/8相位的二级信号。
2.根据权利要求1所述的减小非共面四频环形激光测角仪刻度系数的方法，其特征在于，
4个二级信号分别与原始基准信号进行求和放大、求差放大后，获得8个三级信号，所述原始信号、一级信号、二级信号及三级信号相位间隔相等，且相位间隔为π/16。
3.根据权利要求2所述的减小非共面四频环形激光测角仪刻度系数的方法，其特征在于，
所述8个三级信号分别与原始基准信号进行求和放大、求差放大后，获得16个四级信号，所述原始信号、一级信号、二级信号、三级信号及四级信号相位间隔相等，且相位间隔为π/32。
4.根据权利要求1所述的减小非共面四频环形激光测角仪刻度系数的方法，其特征在于，各级信号的求差放大器相同，求和放大器相同。
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