【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微光机电陀螺，是一种基于回音壁法诺共振效应的微光机电陀螺及其闭环控制方法。
技术介绍
1、基于回音壁谐振腔的微光机电陀螺moems是一种利用sagnac效应在回音壁谐振腔中进行多光束干涉从而产生谐振现象的角速率传感器，用于测量载体转速。相比于传统谐振式光纤陀螺，微光机电陀螺在航天、航空、航海等多个领域应用上具有更广阔的的前景，在低成本、小体积和高可靠性和陀螺小型化集成化方面具有明显优势。其中，回音壁谐振微腔是微光机电陀螺的核心器件，相比于其他谐振腔，回音壁模式谐振腔具有q值高、集成难度低和微型化程度高等优点。全固态的回音壁模式微腔具有高q值的同时仍具备非常小的模式体积。一方面，高q值使其具有极窄的谱线线宽，很容易观测到因外界扰动而引起的谱线位置变化；另一方面，极小的模式体积可以使光子在谐振模式下产生强相互作用，这同样是wgm谐振腔有极高灵敏度的关键之一。
2、传统的谐振式光纤陀螺由于其谐振曲线关于谐振频率中心对称，输出光强的大小仅和输入光频率与谐振频率差值的绝对值有关，不能根据输出光强判断陀螺的旋转方向，并且谐振曲线在谐振谷底附近的非线性强、斜率小、灵敏度很低，需要依靠调制解调的信号检测技术来解决，但在引入调制解调的同时难以保证系统的互易性，而且系统增加了额外元器件，产生了不可避免的电路噪声。
技术实现思路
1、本专利技术针对传统谐振式陀螺复杂的系统和大量电路噪声的缺点，本专利技术提供一种基于回音壁法诺共振效应的微光机电陀螺及其闭环控制方法。
3、一种基于回音壁法诺共振效应的微光机电陀螺，所述微光机电陀螺包括激光器、50％1×2耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一环形器、第二环形器、95％2×2耦合器、第一光电探测器pd、第二光电探测器pd、回音壁谐振腔、数模接口、数字系统和模数接口；
4、所述激光器分别与50％1×2耦合器和数模接口相连接，所述50％1×2耦合器分别与第一偏振控制器和第二偏振控制器相连接，所述第一偏振控制器与第一环形器相连接，所述第二偏振控制器与第二环形器相连接；
5、所述第一环形器分别与输入端95％2×2耦合器和第一光电探测器pd相连接，所述第二环形器、输入端95％2×2耦合器和第二光电探测器pd相连接，所述第一光电探测器pd、第二光电探测器pd均和模数接口相连接；
6、所述95％2×2耦合器与回音壁谐振腔相连接；
7、所述数模接口与模数接口通过数字系统相连接。
8、优选地，所述数模接口包括数模转换器adc；
9、所述数模转换器adc与激光器相连接。
10、优选地，所述数字系统包括第一微分模块、第二微分模块和激光器锁频控制模块；
11、将所述第一微分模块和第二微分模块输出的微分信号相减后得到的激光器锁频信号；
12、所述激光器锁频控制模块与第一微分模块和第二微分模块的相减信号相连接。
13、优选地，所述模数接口包括第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一模数转换器adc、第二模数转换器adc；
14、所述模数接口第一低通滤波器分别与第二光电探测器pd和第一模数转换器adc相连接；所述第二低通滤波器分别与第一光电探测器pd和第二模数转换器adc相连接；
15、所述第一模数转换器adc与第一微分模块相连接；所述第二模数转换器adc与第二微分模块相连接；
16、将所述第一模数转换器adc和第二模数转换器adc输出的数字信号相减，作为陀螺系统输出。
17、优选地，由低通滤波器输出的电压信号经adc送到微分模块，微分模块产生的输出之差送到激光器锁频控制模块，激光器锁频控制模块产生控制信号给到激光器调谐端；模数接口产生的输出之差作为陀螺的差分输出。
18、一种基于回音壁法诺共振效应的微光机电陀螺的闭环控制方法，包括以下步骤：
19、步骤1：根据回音壁法诺共振曲线线性区范围，在其微分曲线划分一个阈值，当微分输出信号低于此阈值时，激光器锁频模块开始工作，将其中一路光频率锁定在其微分输出信号最低点；
20、步骤2：根据法诺共振曲线线性区，在微分曲线划分阈值具体为，在输出的曲线图上，线性并不会随着横轴频差变大而等比例变大时，线性区两个端点处纵轴对应的微分输出值；
21、步骤3：激光器发出的线偏振光经过1:1分束器后被分成两束，两束光各自通过偏振控制器后改变其偏振态，再经过环形器，由2×2光纤耦合器进入回音壁谐振腔，在偏振控制器的作用下，入腔的激光和出腔的激光产生恒定的相位差；
22、步骤4：经过对信号的滤波去噪得到顺逆时针两个和频率成正比的输出量，两个输出量的差与设定的以微分曲线谷底对应的法诺共振曲线目标值作差作为误差信号，经过闭环控制器后通过激光器的调谐端对激光频率实现闭环锁定控制，使之锁定在顺时针方向谐振频率的中间位置；两个输出量之差经过运算后作为陀螺的输出信号。
23、优选地，所述步骤3中产生基于回音壁法诺共振效应，橙色和蓝色部分分别在谐振腔中沿着顺时针方向和逆时针方向传播，并且在耦合器处，顺逆时针两个方向上不同循环圈数的光形成多光束干涉，这个由于干涉形成的光强信号经过环形器被光电探测器接收并由模数转换器采集转化为数字电信号进入数字处理系统。
24、优选地，低通滤波器输出的电压信号送到微分模块，微分模块产生的输出之差送到锁频控制模块，锁频控制模块产生控制信号给到激光器调谐端，模数接口产生的输出之差作为陀螺的差分输出。
25、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如一种基于回音壁法诺共振效应的微光机电陀螺的闭环控制方法。
26、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种基于回音壁法诺共振效应的微光机电陀螺的闭环控制方法。
27、本专利技术具有以下有益效果：
28、本专利技术与现有技术相比：
29、本专利技术采用回音壁模式微腔结构来敏感角速度，能够大幅减小陀螺尺寸，且不会引入光纤谐振腔中由光纤本身带来的光学噪声，对于陀螺精度提高上有更大优势；在光路上利用法诺共振效应增大了线性区斜率，提高了陀螺的灵敏度和分辨率；在电路上进一步优化了系统结构，减少了电路中的热噪声、散粒噪声等固有噪声，使系统更具小型化集成化等优势；在算法上根据法诺曲线和微分曲线协同锁频，进一步提高了控制系统的准确性、稳定性和响应速度，使系统更好地在复杂的环境下工作。
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1.一种基于回音壁法诺共振效应的微光机电陀螺，其特征在于，所述微光机电陀螺包括激光器、50％1×2耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一环形器、第二环形器、95％2×2耦合器、第一光电探测器PD、第二光电探测器PD、回音壁谐振腔、数模接口、数字系统和模数接口；
2.根据权利要求1所述的微光机电陀螺，其特征在于，所述数模接口包括数模转换器ADC；
3.根据权利要求2所述的微光机电陀螺，其特征在于，所述数字系统包括第一微分模块、第二微分模块和激光器锁频控制模块；
4.根据权利要求3所述的微光机电陀螺，其特征在于，所述模数接口包括第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一模数转换器ADC、第二模数转换器ADC；
5.根据权利要求4所述的微光机电陀螺，其特征在于，由低通滤波器输出的电压信号经ADC送到微分模块，微分模块产生的输出之差送到激光器锁频控制模块，激光器锁频控制模块产生控制信号给到激光器调谐端；模数接口产生的输出之差作为陀螺的差分输出。
6.一种基于回音壁法诺共振效应的微光机电陀螺的闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤
7.根据权利要求6所述的一种基于回音壁法诺共振效应的微光机电陀螺的闭环控制方法，其特征在于，所述步骤3中产生基于回音壁法诺共振效应，橙色和蓝色部分分别在谐振腔中沿着顺时针方向和逆时针方向传播，并且在耦合器处，顺逆时针两个方向上不同循环圈数的光形成多光束干涉，这个由于干涉形成的光强信号经过环形器被光电探测器接收并由模数转换器采集转化为数字电信号进入数字处理系统。
8.根据权利要求7所述的一种基于回音壁法诺共振效应的微光机电陀螺的闭环控制方法，其特征在于，低通滤波器输出的电压信号送到微分模块，微分模块产生的输出之差送到锁频控制模块，锁频控制模块产生控制信号给到激光器调谐端，模数接口产生的输出之差作为陀螺的差分输出。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求6-8的方法。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征是：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求6-8的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于回音壁法诺共振效应的微光机电陀螺，其特征在于，所述微光机电陀螺包括激光器、50％1×2耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一环形器、第二环形器、95％2×2耦合器、第一光电探测器pd、第二光电探测器pd、回音壁谐振腔、数模接口、数字系统和模数接口；
2.根据权利要求1所述的微光机电陀螺，其特征在于，所述数模接口包括数模转换器adc；
3.根据权利要求2所述的微光机电陀螺，其特征在于，所述数字系统包括第一微分模块、第二微分模块和激光器锁频控制模块；
4.根据权利要求3所述的微光机电陀螺，其特征在于，所述模数接口包括第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一模数转换器adc、第二模数转换器adc；
5.根据权利要求4所述的微光机电陀螺，其特征在于，由低通滤波器输出的电压信号经adc送到微分模块，微分模块产生的输出之差送到激光器锁频控制模块，激光器锁频控制模块产生控制信号给到激光器调谐端；模数接口产生的输出之差作为陀螺的差分输出。
6.一种基于回音壁法诺共振效应的微光机电陀螺的闭环...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏秀玮，赵佳祺，吴星亮，魏玉强，王沐禹，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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