CN116858207A - 一种小型化激光陀螺腔长控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化激光陀螺腔长控制电路及方法，其中，该电路包括：控制器、低通滤波器、驱动放大器、光电转换器和带通滤波器；其中，所述控制器产生PWM信号S1，将PWM信号S1传输给所述低通滤波器；所述低通滤波器接收PWM信号S1，对PWM信号S1进行滤波后得到信号S2，将信号S2传输给所述驱动放大器；所述驱动放大接收信号S2，对信号S2放大处理后得到信号S3，信号S3调整激光陀螺的光功率；所述光电转换器将激光陀螺的光功率经光电转换后得到光强信号S4，将光强信号S4传输给所述带通滤波器；所述带通滤波器接收光强信号S4，对光强信号S4进行滤波后生成信号S5。本发明在能够实现腔长的稳定控制的同时降低了硬件成本。
Description
技术领域
本发明属于激光陀螺技术领域，尤其涉及一种小型化激光陀螺腔长控制电路及方法。
背景技术
在惯性传感器件中，激光陀螺具有随机漂移小，动态范围宽，启动速度快、可靠性高等特点，受到惯性导航领域的高度重视，激光陀螺受温度和外力等因素的影响其腔长发生变化，从而导致光强发生改变，影响激光陀螺的使用。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种小型化激光陀螺腔长控制电路及方法，在能够实现腔长的稳定控制的同时降低了硬件成本。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种小型化激光陀螺腔长控制电路，包括：控制器、低通滤波器、驱动放大器、光电转换器和带通滤波器；其中，所述控制器产生PWM信号S1，将PWM信号S1传输给所述低通滤波器；所述低通滤波器接收PWM信号S1，对PWM信号S1进行滤波后得到信号S2，将信号S2传输给所述驱动放大器；所述驱动放大接收信号S2，对信号S2放大处理后得到信号S3，信号S3调整激光陀螺的光功率；所述光电转换器将激光陀螺的光功率经光电转换后得到光强信号S4，将光强信号S4传输给所述带通滤波器；所述带通滤波器接收光强信号S4，对光强信号S4进行滤波后生成信号S5。
上述小型化激光陀螺腔长控制电路中，所述控制器的AD采集信号S5。
上述小型化激光陀螺腔长控制电路中，PWM信号S1的频率为f1，PWM信号S1的脉宽数字量M以频率f2进行调整，调整量为m，当M不变时，此时PWM信号S1的脉宽变化为M+m和M-m，信号S3为一个直流信号叠加频率为f2/2的交流信号。
上述小型化激光陀螺腔长控制电路中，信号S3中的直流分量调整激光陀螺的腔长，进而调整激光陀螺的光功率；信号S3中的交流分量使激光陀螺光功率产生同频的交变信号，经光电转换器后，生成一个直流并叠加频率为f2/2交流分量的光强信号S4。
上述小型化激光陀螺腔长控制电路中，光强信号S4通过中心频率为f2/2的带通滤波器后生成信号S5，控制器以f2的采样频率通过AD对信号S5进行采样。
上述小型化激光陀螺腔长控制电路中，控制器通过对信号S5的采样得到脉宽为M+m时的采样值D1以及M-m时的采样值D2，通过对K个采样周期内的误差累积，激光陀螺光强为当前模最大值时，误差累积为0；当激光陀螺光强不为当前模最大值时，通过误差累积得到M的调整量+N或-N，此时控制器以预设频率f3调整脉宽为M+N或M-N。
一种小型化激光陀螺腔长控制方法，包括：控制器产生PWM信号S1，将PWM信号S1传输给低通滤波器；低通滤波器接收PWM信号S1，对PWM信号S1进行滤波后得到信号S2，将信号S2传输给驱动放大器；驱动放大接收信号S2，对信号S2放大处理后得到信号S3，信号S3调整激光陀螺的光功率；光电转换器将激光陀螺的光功率经光电转换后得到光强信号S4，将光强信号S4传输给带通滤波器；带通滤波器接收光强信号S4，对光强信号S4进行滤波后生成信号S5。
上述小型化激光陀螺腔长控制方法中，PWM信号S1的频率为f1，PWM信号S1的脉宽数字量M以频率f2进行调整，调整量为m，当M不变时，此时PWM信号S1的脉宽变化为M+m和M-m，信号S3为一个直流信号叠加频率为f2/2的交流信号。
上述小型化激光陀螺腔长控制方法中，信号S3中的直流分量调整激光陀螺的腔长，进而调整激光陀螺的光功率；信号S3中的交流分量使激光陀螺光功率产生同频的交变信号，经光电转换器后，生成一个直流并叠加频率为f2/2交流分量的光强信号S4。
上述小型化激光陀螺腔长控制方法中，光强信号S4通过中心频率为f2/2的带通滤波器后生成信号S5，控制器以f2的采样频率通过AD对信号S5进行采样。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明通过采用脉宽调制波，并对脉宽进行多种频率的调制，省掉了小抖动信号发生装置，在能够实现腔长的稳定控制的同时进一步减少了硬件，降低了成本和体积。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的小型化激光陀螺腔长控制电路的结构框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的小型化激光陀螺腔长控制电路的结构框图。如图1所示，该小型化激光陀螺腔长控制电路包括：控制器、低通滤波器、驱动放大器、光电转换器和带通滤波器；其中，
所述控制器产生PWM信号S1，将PWM信号S1传输给所述低通滤波器；所述低通滤波器接收PWM信号S1，对PWM信号S1进行滤波后得到信号S2，将信号S2传输给所述驱动放大器；所述驱动放大接收信号S2，对信号S2放大处理后得到信号S3，信号S3调整激光陀螺的光功率；所述光电转换器将激光陀螺的光功率经光电转换后得到光强信号S4，将光强信号S4传输给所述带通滤波器；所述带通滤波器接收光强信号S4，对光强信号S4进行滤波后生成信号S5。控制器的AD采集信号S5。
PWM信号S1的频率为f1，同时S1信号的脉宽数字量为M，且M以频率f2进行调整，每次的调整量为m。此时S1信号的脉宽MK为式1，式2所示：
MK＝M+m(式1)
MK＝M-m(式2)
此时经过低通滤波器和驱动放大器后的信号S3如式3所示；
S3＝P1+P2(式3)
P1为直流信号，P2为频率为f2/2的交流信号。
S3信号中的直流分量调整激光陀螺的腔长，进而调整激光陀螺的光功率，同时S3信号中的交流分量，使激光陀螺光功率产生同频的交变信号，经光电转换器后，生成光强信号S4，S4信号如式(4)所示：
S4＝Q1+Q2(式4)
Q1为光强信号直流分量，Q2为直流光强中频率为f2/2的交流分量。
S4信号通过中心频率为f2/2的带通滤波器后生成交变信号S5，控制器以f2的采样频率通过AD对S5进行采样。
控制器通过对S5的采样得到脉宽为M+m时以及M-m时的采样值D1和D2，每个采用周期的采样误差D如式(5)所示：
D＝D1-D2(式4)
通过对K个采样周期内D的误差累积，激光陀螺光强为当前模最大值时，D基本为0，当激光陀螺光强不为当前模最大值时可以得到一个较大正或负的误差值，通过误差可以得到M的调整量+N或-N，此时控制器以频率f3调整脉宽为M+N或M-N。此时S4信号的直流分量会发生变化，并动态的将激光陀螺光强调整至最大光强位置。
具体的，信号S1的频率为100KHz，精度为12位，即脉宽数字量变化范围为0至4095，对应的S3直流电压变化范围为0-300V，同时S1信号的脉宽数字量M为2047，以频率6KHz进行调整，调整量为20，当M不变时，此时S1信号的脉宽变化为2047+10，2047-10，此时经过低通滤波器和驱动放大器后的信号S3为一个150V直流信号叠加频率为3KHZ，峰峰值约为1.46V的交流信号。
S3信号中的直流分量调整激光陀螺的腔长，进而调整激光陀螺的光功率，同时S3信号中的交流分量，使激光陀螺光功率产生同频的交变信号，经光电转换器后，生成一个直流并叠加频率为3KHz交流分量的光强信号S4。
S4信号通过中心频率为3KHz的带通滤波器后生成交变信号S5，控制器以6KHz的采样频率通过AD对S5进行采样，如控制器无法采集负电压，则S5可先进行叠加一个固定的直流偏置，以满足采样范围。
控制器通过对S5的采样得到脉宽为2047+10时以及2047-10时的采样值D1和D2，通过对60个采样周期内(D1-D2)的误差累积，激光陀螺光强为当前模最大值时，(D1-D2)基本为0，当激光陀螺光强不为当前模最大值时可以得到一个较大正或负的误差值，通过误差可以得到M的调整量+N或-N，此时控制器以频率100Hz调整脉宽为M+N或M-N。此时S4信号的直流分量会发生变化，并动态的将激光陀螺光强调整至最大光强位置。
本实施例还提供了一种小型化激光陀螺腔长控制方法，该方法包括：控制器产生PWM信号S1，将PWM信号S1传输给低通滤波器；低通滤波器接收PWM信号S1，对PWM信号S1进行滤波后得到信号S2，将信号S2传输给驱动放大器；驱动放大接收信号S2，对信号S2放大处理后得到信号S3，信号S3调整激光陀螺的光功率；光电转换器将激光陀螺的光功率经光电转换后得到光强信号S4，将光强信号S4传输给带通滤波器；带通滤波器接收光强信号S4，对光强信号S4进行滤波后生成信号S5。
上述实施例中，PWM信号S1的频率为f1，PWM信号S1的脉宽数字量M以频率f2进行调整，调整量为m，当M不变时，此时PWM信号S1的脉宽变化为M+m和M-m，信号S3为一个直流信号叠加频率为f2/2的交流信号。
上述实施例中，信号S3中的直流分量调整激光陀螺的腔长，进而调整激光陀螺的光功率；信号S3中的交流分量使激光陀螺光功率产生同频的交变信号，经光电转换器后，生成一个直流并叠加频率为f2/2交流分量的光强信号S4。
上述实施例中，光强信号S4通过中心频率为f2/2的带通滤波器后生成信号S5，控制器以f2的采样频率通过AD对信号S5进行采样。
上述实施例中，控制器通过对信号S5的采样得到脉宽为M+m时的采样值D1以及M-m时的采样值D2，通过对K个采样周期内的误差累积，激光陀螺光强为当前模最大值时，误差累积为0；当激光陀螺光强不为当前模最大值时，通过误差累积得到M的调整量+N或-N，此时控制器以预设频率f3调整脉宽为M+N或M-N。
本实施例通过采用脉宽调制波，并对脉宽进行多种频率的调制，省掉了小抖动信号发生装置，在能够实现腔长的稳定控制的同时进一步减少了硬件，降低了成本和体积。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种小型化激光陀螺腔长控制电路，其特征在于包括：控制器、低通滤波器、驱动放大器、光电转换器和带通滤波器；其中，
所述控制器产生PWM信号S1，将PWM信号S1传输给所述低通滤波器；
所述低通滤波器接收PWM信号S1，对PWM信号S1进行滤波后得到信号S2，将信号S2传输给所述驱动放大器；
所述驱动放大接收信号S2，对信号S2放大处理后得到信号S3，信号S3调整激光陀螺的光功率；
所述光电转换器将激光陀螺的光功率经光电转换后得到光强信号S4，将光强信号S4传输给所述带通滤波器；
所述带通滤波器接收光强信号S4，对光强信号S4进行滤波后生成信号S5。
2.根据权利要求1所述的小型化激光陀螺腔长控制电路，其特征在于：所述控制器的AD采集信号S5。
3.根据权利要求1所述的小型化激光陀螺腔长控制电路，其特征在于：PWM信号S1的频率为f1，PWM信号S1的脉宽数字量M以频率f2进行调整，调整量为m，当M不变时，此时PWM信号S1的脉宽变化为M+m和M-m，信号S3为一个直流信号叠加频率为f2/2的交流信号。
4.根据权利要求3所述的小型化激光陀螺腔长控制电路，其特征在于：信号S3中的直流分量调整激光陀螺的腔长，进而调整激光陀螺的光功率；信号S3中的交流分量使激光陀螺光功率产生同频的交变信号，经光电转换器后，生成一个直流并叠加频率为f2/2交流分量的光强信号S4。
5.根据权利要求4所述的小型化激光陀螺腔长控制电路，其特征在于：光强信号S4通过中心频率为f2/2的带通滤波器后生成信号S5，控制器以f2的采样频率通过AD对信号S5进行采样。
6.根据权利要求5所述的小型化激光陀螺腔长控制电路，其特征在于：控制器通过对信号S5的采样得到脉宽为M+m时的采样值D1以及M-m时的采样值D2，通过对K个采样周期内的误差累积，激光陀螺光强为当前模最大值时，误差累积为0；当激光陀螺光强不为当前模最大值时，通过误差累积得到M的调整量+N或-N，此时控制器以预设频率f3调整脉宽为M+N或M-N。
7.一种小型化激光陀螺腔长控制方法，其特征在于包括：
控制器产生PWM信号S1，将PWM信号S1传输给低通滤波器；
低通滤波器接收PWM信号S1，对PWM信号S1进行滤波后得到信号S2，将信号S2传输给驱动放大器；
驱动放大接收信号S2，对信号S2放大处理后得到信号S3，信号S3调整激光陀螺的光功率；
光电转换器将激光陀螺的光功率经光电转换后得到光强信号S4，将光强信号S4传输给带通滤波器；
带通滤波器接收光强信号S4，对光强信号S4进行滤波后生成信号S5。
8.根据权利要求7所述的小型化激光陀螺腔长控制方法，其特征在于：PWM信号S1的频率为f1，PWM信号S1的脉宽数字量M以频率f2进行调整，调整量为m，当M不变时，此时PWM信号S1的脉宽变化为M+m和M-m，信号S3为一个直流信号叠加频率为f2/2的交流信号。
9.根据权利要求8所述的小型化激光陀螺腔长控制方法，其特征在于：信号S3中的直流分量调整激光陀螺的腔长，进而调整激光陀螺的光功率；信号S3中的交流分量使激光陀螺光功率产生同频的交变信号，经光电转换器后，生成一个直流并叠加频率为f2/2交流分量的光强信号S4。
10.根据权利要求9所述的小型化激光陀螺腔长控制方法，其特征在于：光强信号S4通过中心频率为f2/2的带通滤波器后生成信号S5，控制器以f2的采样频率通过AD对信号S5进行采样。
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