加速度下激光陀螺敏感轴向偏差闭环控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种加速度下激光陀螺敏感轴向偏差闭环控制装置及方法，涉及激光陀螺技术领域，该装置包括：读出镜、激光功率探测器、控制器和多片压电陶瓷片；读出镜透出部分激光功率；激光功率探测器探测得到的激光输出功率信息提供给控制器；控制器依据加速度信息和激光输出功率信息估计激光陀螺受加速度引起的形变的大小和方向，并生成控制压电陶瓷片的矫正电压以控制多片压电陶瓷的伸缩，克服激光陀螺受加速度引起的形变。本发明专利技术灵敏度高、控制范围大，能够确保在高加速度下使陀螺输出的高度稳定；保持激光陀螺在加速度环境下的精度，改善导航定位精度。改善导航定位精度。改善导航定位精度。

【技术实现步骤摘要】
加速度下激光陀螺敏感轴向偏差闭环控制装置及方法


[0001]本专利技术属于激光陀螺
，尤其涉及一种加速度下激光陀螺敏感轴向偏差闭环控制装置及方法。

技术介绍

[0002]激光惯性导航系统是基于激光陀螺的现代化高性能惯性导航系统，广泛用于运载火箭、卫星飞船、导弹武器、航空飞机、潜艇舰船等领域。
[0003]激光陀螺在平行于光路的两个方向，具有很高的刚度，激光陀螺谐振腔腔体产生很小的形变，陀螺的输出偏置误差很小，通常只有每小时千分之度。
[0004]由于激光陀螺是一个扁平的矩形体，在遇到在垂直于激光陀螺谐振腔腔体的Z轴（敏感轴）方向上的加速度时，由于该方向刚度较小，导致激光陀螺谐振腔腔体产生变形，从而使激光光路形变，产生了显著的偏置误差。对常规尺寸的激光陀螺来说，当Z轴方向40g的加速度引起的偏置误差通常在0.05～0.3deg/h，这个误差是小加速度环境下误差（通常优于0.01deg/h）的数倍。因此在Z轴大加速度环境下，加速度导致的激光陀螺偏置误差必须得到抑制。
[0005]现有的专利和文献涉及对大加速度下陀螺误差问题的解决，通常只有采用更小尺寸的激光陀螺、加大激光陀螺厚度，或者标定出仪表对加速度的敏感度进行补偿等方法。但是这些方案都存在显著问题：（1）小尺寸激光陀螺静态精度往往比大尺寸激光陀螺要低得多，难以达到静态下的高精度要求。
[0006]（2）采用加大厚度的激光陀螺，往往显著增加了仪表体积重量，通常体积和重量会增大20～40%，这往往不能接受；（3）要标定出陀螺对加速度的敏感，需要复杂昂贵的离心机进行长时间标定，且每只陀螺敏感度和极性都不相同，误差分辨率也不高，这种方法效率很低、成本极高。
[0007]因此，现有措施和方法不能适应高精度激光陀螺在大过载下的精度保持要求。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术的第一方面提出一种加速度环境下激光陀螺敏感轴向偏差闭环控制装置,所述装置包括：多片激光反射镜、激光功率探测器、控制器和多片压电陶瓷片；将激光陀螺的多片激光反射镜之一作为读出镜，所述激光功率探测器探测所述读出镜透出的激光陀螺谐振腔内的部分激光功率，并根据该透出的部分激光功率确定激光功率值，并将所述激光功率值提供给所述控制器；所述多片压电陶瓷片以预定分布方式粘接在激光陀螺的上表面和下表面；所述多片压电陶瓷片根据施加的在其上电压值产生对应的伸缩形变，所述伸缩形变用于抵消加速度引起的激光陀螺在敏感轴向的形变；
所述控制器能够输出多种控制电压施加到所述压电陶瓷片上，所述多种控制电压包括：扫描电压、三态探测电压、矫正电压和基准控制电压；所述控制器根据所述激光功率值生成用于控制所述压电陶瓷片的伸缩形变的矫正电压。
[0009]如本专利技术第一方面所述的装置，所述激光功率探测器设置在所述读出镜的外侧，所述激光功率探测器探测所述读出镜透出的部分激光功率，以确定激光陀螺谐振腔内的激光功率，并将激光陀螺谐振腔内的激光功率作为激光功率值提供给所述控制器。
[0010]如本专利技术第一方面所述的装置，在静态工作状态下，所述控制器输出扫描电压施加在所述压电陶瓷片上；所述控制器确定在扫描电压输出期间所述激光功率探测器输出的所述激光陀螺的激光功率最大值和所述激光功率最大值对应的扫描电压值；所述控制器存储所述激光功率最大值作为所述激光陀螺的激光功率的初始值，确定并存储所述初始值对应的扫描电压值做为基准控制电压。
[0011]如本专利技术第一方面所述的装置，当所述激光陀螺工作在加速度环境时，所述控制器同时输出一个三态探测电压和基准控制电压施加在压电陶瓷片上；当所述三态探测电压为正向电压时及所述三态探测电压为负向电压时，所述控制器分别接收激光功率探测器的输出值，所述控制器计算激光功率探测器的二个输出值的差值，并根据所述差值生成控制所述压电陶瓷片的矫正电压。
[0012]如本专利技术第一方面所述的装置，所述基准控制电压为：150V；所述矫正电压V
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包括第一矫正电压V
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和第二矫正电压V
h2
，所述第一矫正电压V
h1
的范围是；150 ＜V
h1
＜300V 当加速度为负时，所述第一矫正电压V
h1
使得激光陀螺向上弯曲；所述第二矫正电压V
h2
的范围是；0 ＜V
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＜150V；当加速度为正时，所述第二矫正电压V
h2
使得激光陀螺向下弯曲。
[0013]如本专利技术第一方面所述的装置，所述控制器包括：前置放大器、模拟数字转换器、数字模拟转换器、微处理器和高压放大器；所述前置放大器连接在所述激光功率探测器输出端，所述前置放大器放大的输出信号经过所述模拟数字转换器变换后输入到所述微处理器，所述微处理器依据被模拟数字转换器变换后的输出信号产生多种控制电压数据，所述控制电压数据经过所述数字模拟转换器变换和所述高压放大器放大之后，生成施加在所述压电陶瓷片上的所述多种控制电压。
[0014]本专利技术第二方面提出一种加速度下激光陀螺敏感轴向偏差闭环控制方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，当所述激光陀螺启动后，使用所述激光功率探测器实时探测所述读出镜透出的激光功率，并根据所述读出镜透出的激光功率确定激光陀螺的激光功率值，并将所述激光功率值提供给所述控制器；步骤2，将所述激光陀螺置于无加速度的静态工作状态下，所述控制器输出扫描电压驱动所述压电陶瓷片；在扫描电压输出期间，所述控制器根据所述激光功率探测器的输出确定所述激光陀螺的激光功率的最大值及所述激光功率的最大值对应的扫描电压值；并存储所述激光功率的最大值作为所述激光陀螺的激光功率的初始值，确定并存储所述初始值对应的扫描电压值为基准控制电压；
步骤3，调整控制器的输出，使得当所述激光陀螺处于无加速度的静态工作状态时，控制器始终输出基准控制电压；步骤4，当所述激光陀螺处于动态工作状态时，所述控制器同时将所述基准控制电压和三态探测电压提供给所述压电陶瓷片，所述激光功率探测器探测处于动态工作状态的激光陀螺的激光输出功率，并将探测的输出值输入到所述控制器；步骤5，所述控制器分别获得所述三态探测电压为正向电压时和所述三态探测电压为负向电压时激光功率探测器的输出值，并计算激光功率探测器的二个输出值的差值，所述控制器根据所述差值生成并输出控制压电陶瓷片的矫正电压，以抵消激光陀螺受加速度引起的形变。
[0015]如本专利技术第二方面所述的方法，步骤5包括如下子步骤：所述控制器施加三态探测电压给所述压电陶瓷片，所述三态探测电压是一高频交变电压；其中，如果所述高频交变电压为正向电压时的激光功率探测器的输出值比所述高频交变电压为负向电压时的激光功率探测器的输出值更接近所述初始值，则所述控制器输出第一矫正电压，同时停止输出所述基准控制电压；如果所述高频交变电压为正向电压时的激光功率探测器的输出值比所述高频交变电压为负向电压时的激光功率探测器的输出值偏离所述初始值更大，则所述控制器输出第二矫正电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加速度下激光陀螺敏感轴向偏差闭环控制装置，其特征在于，所述装置包括：多片激光反射镜、激光功率探测器、控制器和多片压电陶瓷片；将激光陀螺的多片激光反射镜之一作为读出镜，所述激光功率探测器探测所述读出镜透出的激光陀螺谐振腔内的部分激光功率，并根据该透出的部分激光功率确定激光功率值，并将所述激光功率值提供给所述控制器；所述多片压电陶瓷片以预定分布方式粘接在激光陀螺的上表面和下表面；所述多片压电陶瓷片根据施加在其上的电压值产生对应的伸缩形变，所述伸缩形变用于抵消加速度引起的激光陀螺在敏感轴向的形变；所述控制器能够输出多种控制电压施加到所述压电陶瓷片上，所述多种控制电压包括：扫描电压、三态探测电压、矫正电压和基准控制电压；所述控制器根据所述激光功率值生成用于控制所述压电陶瓷片的伸缩形变的矫正电压。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光功率探测器设置在所述读出镜的外侧，所述激光功率探测器探测所述读出镜透出的部分激光功率，以确定激光陀螺谐振腔内的激光功率，并将激光陀螺谐振腔内的激光功率作为激光功率值提供给所述控制器。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在静态工作状态下，所述控制器输出扫描电压施加在所述压电陶瓷片上；所述控制器确定在扫描电压输出期间所述激光功率探测器输出的所述激光陀螺的激光功率最大值和所述激光功率最大值对应的扫描电压值；所述控制器存储所述激光功率最大值作为所述激光陀螺的激光功率的初始值，确定并存储所述初始值对应的扫描电压值做为基准控制电压。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述激光陀螺工作在加速度环境时，所述控制器同时输出一个三态探测电压和基准控制电压施加在压电陶瓷片上；当所述三态探测电压为正向电压时及所述三态探测电压为负向电压时，所述控制器分别接收激光功率探测器的输出值，所述控制器计算激光功率探测器的二个输出值的差值，并根据所述差值生成控制所述压电陶瓷片的矫正电压。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述基准控制电压为：150V；所述矫正电压V
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包括第一矫正电压V
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和第二矫正电压V
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，所述第一矫正电压V
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的范围是；150 ＜V
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＜300V；当加速度为负时，所述第一矫正电压V
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使得激光陀螺向上弯曲；所述第二矫正电压V
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的范围是；0 ＜V
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＜150V；当加速度为正时，所述第二矫正电压V
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使得激光陀螺向下弯曲。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器包括：前置放大器、模拟数字转换器、数字模拟转换器、微处理器和高压放大器；所述前置放大器连接在所述激光功率探测器输出端，所述前置放大器放大的输出信号经过所述模拟数字转换器变换后输入到所述微处理器，所述微处理器依据被模拟数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立斌，
申请(专利权)人：天津集智航宇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：