谐振式光学陀螺入谷信号的判断方案

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1、电子测量技术第３３卷第１０期!"#$ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１０年１０月谐振式光学陀螺入谷信号的判断方案马迎建宋彭（北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京１００１９１）摘要：谐振式光学陀螺是一种新型的惯性传感器件，通过控制扫描频率锁定在谐振谷中，检测频率变化引起的光强变化从而计算出转速信号。在谐振陀螺系统中，入谷电压的判断是谐振陀螺检测系统中的第一步。由于选用的光源不同，对于光源的调频方式不同，调频方式对于光源的影响也不相同，因此对于入谷电压的判断方法也不同。根据两种光源条件下对于光源

2、入谷电压的判断进行了分析，并且对于光源功率随频率变化的情况进行了重点分析，提出了两种入谷电压的判断方案，通过比较两种方法的差别，最终选用了模拟方法，并且经过实验验证，取得了很好的效果。关键词：谐振式光学陀螺；入谷信号；频率扫描中图分类号：ＴＰ２１１文献标识码：Ａ犑狌犱犵犿犲狀狋狊犮犺犲犿犲狅犳犲狀狋犲狉犻狀犵狋犺犲狏犪犾犾犲狔狅犳狉犲狊狅狀犪狀狋狅狆狋犻犮犪犾犵狔狉狅ＭａＹｉｎｇｊｉａｎＳｏｎｇＰｅｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｈａｎｇＵ

3、ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｏｐｔｉｃａｌｇｙｒｏｉｓａｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｉｎｅｒｔｉａｌｓｅｎｓｏｒ，ｔｈｅｒｏｔａｔｅｓｐｅｅｄｃａｎｂｅｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌｏｃｋｅｄｉｎｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｖａｌｌｅｙａｎｄｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇｔｈｅｖａｒｉｅｔｙｏｆｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｖａｒｉｅｔｙｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｒｅｓｏｎａｎｔｏｐｔｉｃａｌｇｙｒｏ，ｔ

4、ｈｅｆｉｒｓｔｓｔｅｐｏｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｓｔｈｅｊｕｄｇｍｅｎｔｏｆｅｎｔｅｒｉｎｇｉｎｔｏｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｇｙｒｏ．Ａｓｔｈｅｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｕｓｅｄｂｙｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｎｇｏｆｌｉｇｈｔｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔ，ｓｏｔｈｅｊｕｄｇｍｅｎｔｏｆｅｎｔｅｒｉｎｇｉｎｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｇｙｒｏｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｗｏｌｉｇ

5、ｈｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｊｕｄｇｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｅｎｔｅｒｉｎｇｉｎｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｇｙｒｏ．Ａｎｄｉｔｉｓｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｃｉｒｃｓｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｐｏｗｅｒｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ａｎｄｔｗｏｓｃｈｅｍｅｓｈａｓｂｅｅｎｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅａｎａｌｏｇｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄ，ｖｉａｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｃｈｉｅｖｅｄｇｏｏｄｒｅｓ

6、ｕｌｔｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｒｅｓｏｎａｎｔｏｐｔｉｃａｌｇｙｒｏ；ｔｈｅｖａｌｌｅｙｓｉｇｎａｌ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｃａｎ０引言在谐振式光学陀螺中，由于Ｓａｇｎａｃ效应，环形谐振腔的旋转使得谐振腔的谐振频率发生了变化，从而产生了一个与旋转速度成正比的频率变化值。通过检测该频率变化值就可以得到系统的旋转角速度［１］。在谐振陀螺系统中，关键是进行入谷电压的判断。在陀螺系统中，由于选择光源的不同，对入谷电压的判断不同。最初选用的ＫＯＨＥＲＡＳ光源，对于光源的调频要求不影响光功率的变化，因此入谷电压判断比较简单［２］。但是由于光源体积

7、大，不利于小型化，目前选用的光源体积小，但是调频会影图１谐振陀螺检测示意响光功率的变化，因此入谷电压的判断比较复杂。谐振陀况下的入谷信号进行了分析，并且对小光源的情况进行了螺的检测示意图如图１所示。重点的分析。并经过实验验证取得了预想的结果，为完成在陀螺运行后，程序控制光源进行频率扫描，当光源陀螺的小型化奠定了第一步。频率扫描到谐振频率时，就会产生入谷信号，程序就会将光源频率锁定在谐振频率处，在谐振谷中完成对转动信号１光源扫频现象的检测。本文正是基于对入谷信号的检测，对各种光源情在光源频率变化不影响光功率的情况下，对光源进行·９６

8、·马迎建等：谐振式光学陀螺入谷信号的判断方案第１０期频率扫描，在谐振谷外，由于光源功率不随频率而改变，所以陀螺的输出为一条直线。在光源频率到达谐振频率时，大部分的光会在谐振腔内形成反射，透射光功率会有谷出现［３］。谐振谷的图形如图２所示。图４入谷判