【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于光學(xué)傳感，具體涉及一種快速變溫條件下硅光子陀螺穩(wěn)定控制方法及硅光子陀螺。
技術(shù)介紹
1、隨著技術(shù)發(fā)展和領(lǐng)域拓展，光學(xué)陀螺逐步向著小型化、低成本方向發(fā)展，傳統(tǒng)光纖陀螺的小型化、低成本發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。近年來，硅基集成光學(xué)芯片取得突破并且在通信領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，為光學(xué)陀螺實(shí)現(xiàn)集成化與小型化提供了新的思路-硅光子陀螺，將傳統(tǒng)光纖陀螺中的各分立光學(xué)器件用硅基集成收發(fā)調(diào)制芯片取代，傳統(tǒng)光纖環(huán)圈用片上硅基諧振腔芯片取代，其體積-重量-成本-功耗等將會大幅降低，因此硅光子陀螺成為了慣性器件重要發(fā)展方向。
2、硅光子陀螺通常需要工作在較為嚴(yán)苛的環(huán)境中，如典型工作溫度區(qū)間在-45～65℃，溫度速率達(dá)到1℃/min，有些極限應(yīng)用甚至達(dá)到-55～85℃，溫度速率高達(dá)5℃/min，在此環(huán)境下，硅光子陀螺的穩(wěn)定工作極其困難，具體分析如下：硅光子陀螺的工作基礎(chǔ)是以激光頻率對諧振腔芯片諧振頻率的快速、穩(wěn)定跟蹤為前提，但是傳統(tǒng)光源普遍存在很大的溫度-中心頻率漂移，典型溫度-中心頻率漂移高達(dá)ghz/℃，而諧振腔芯片的溫度-諧振頻率通常也高達(dá)ghz/℃，光源中心頻率和諧振頻率漂移的變化非對稱會導(dǎo)致光源中心頻率無法快速、穩(wěn)定、實(shí)時(shí)地跟蹤住硅基諧振腔的諧振頻率，一旦無法穩(wěn)定跟蹤，則往往造成陀螺輸出誤差，因此傳統(tǒng)硅光子陀螺難以適應(yīng)諧振頻率大變溫條件下的工程應(yīng)用，迫切需要一種能夠在快速變溫條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制，確保陀螺精確輸出載體轉(zhuǎn)速信號的方法和裝置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中陀螺在快速變溫條
2、本專利技術(shù)解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案如下：
3、本專利技術(shù)提供了一種快速變溫條件下硅光子陀螺穩(wěn)定控制方法，包括如下步驟：
4、s1、設(shè)置光源頻率控制數(shù)字區(qū)間，所述光源頻率控制數(shù)字區(qū)間按照頻率由低到高依次包括溫度下閉環(huán)區(qū)間、驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間、溫度上閉環(huán)區(qū)間；
5、s2、判斷光源中心頻率是否進(jìn)入諧振谷，若進(jìn)入諧振谷中，記錄此時(shí)溫度為光源初始溫度，否則控制光源溫度以溫度下閉環(huán)區(qū)間的上工作極值點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行線形累加，直至光源中心頻率進(jìn)入諧振谷，記錄此時(shí)溫度為光源初始溫度；
6、s3、采集光源進(jìn)入諧振腔后輸出的cw諧振信號、ccw諧振信號，計(jì)算順、逆時(shí)針諧振頻率與光源中心頻率偏差之和d和；
7、s4、若d和位于驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間，則根據(jù)d和反饋控制光源電流；若d和位于溫度上閉環(huán)區(qū)間，則根據(jù)d和調(diào)節(jié)光源溫度，使得d和位于驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間；若d和位于溫度下閉環(huán)區(qū)間，則根據(jù)d和調(diào)節(jié)光源溫度，使得d和位于驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間。
8、進(jìn)一步地，所述步驟s1中，所述驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間的設(shè)置方法如下：
9、計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間對應(yīng)的頻率調(diào)諧范圍為：
10、
11、其中，vdac1為電流控制dac的滿量程控制電壓，k壓控電流源為壓控電流源的傳遞系數(shù)，k電流-頻率為光源電流-頻率調(diào)諧系數(shù)，di_max、di_min分別為電流線性閉環(huán)區(qū)間的上、下工作極值點(diǎn)，a為電流控制dac的位數(shù)；
12、依據(jù)f電流至少覆蓋1次諧振腔的完整諧振谷，確定di_max、di_min取值；
13、所述溫度下閉環(huán)區(qū)間、溫度上閉環(huán)區(qū)間的設(shè)置方法如下：
14、根據(jù)所述溫度上閉環(huán)區(qū)間的下工作極值點(diǎn)與所述驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間的上工作極值點(diǎn)對應(yīng)的頻率相同，所述溫度下閉環(huán)區(qū)間的上工作極值點(diǎn)與所述驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間的下工作極值點(diǎn)對應(yīng)的頻率相同，計(jì)算溫度下閉環(huán)區(qū)間、溫度上閉環(huán)區(qū)間的上、下工作極值點(diǎn)：
15、
16、
17、其中，dt_max、dt_min分別為溫度下閉環(huán)區(qū)間、溫度上閉環(huán)區(qū)間的下、上工作極值點(diǎn)，vdac2為溫度控制dac的滿量程控制電壓，k溫度-頻率為光源溫度-頻率調(diào)諧系數(shù)，b為電溫度控制dac的位數(shù)。
18、進(jìn)一步地，所述di_max、di_min取值使得溫度下閉環(huán)區(qū)間、溫度上閉環(huán)區(qū)間關(guān)于驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間上下對稱。采用該種配置方式，可以快速設(shè)定光源頻率控制數(shù)字區(qū)間，優(yōu)化光源溫度和電流控制速率。
19、進(jìn)一步地，所述步驟s4具體包括如下步驟：
20、若di_min＜d和＜di_max，則光源電流為：
21、
22、其中，i0為光源初始設(shè)定電流，vdac1為電流控制dac的滿量程控制電壓，k壓控電流源為壓控電流源的傳遞系數(shù)，k電流-頻率為光源電流-頻率調(diào)諧系數(shù)，di_max、di_min分別為電流線性閉環(huán)區(qū)間的上、下工作極值點(diǎn)，a為電流控制dac的位數(shù)；
23、若d和≥di_max，則光源溫度為：
24、
25、若d和≤di_min，則光源溫度為：
26、
27、其中，t0為進(jìn)入諧振谷時(shí)的光源初始溫度，vdac2為溫度控制dac的滿量程控制電壓，k溫度-頻率為光源溫度-頻率調(diào)諧系數(shù)，b為電溫度控制dac的位數(shù)；
28、通過光源溫度調(diào)節(jié)，使得d和位于驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間，進(jìn)行電流閉環(huán)控制。
29、進(jìn)一步地，所述步驟s2前還包括陀螺上電、復(fù)位信號判斷的步驟，所述復(fù)位信號若置高，則清空陀螺寄存器中的cw諧振信號、ccw諧振信號；
30、所述光源初始設(shè)定電流為驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間的中間值。
31、進(jìn)一步地，所述硅光子陀螺穩(wěn)定控制方法，還包括頻率補(bǔ)償、強(qiáng)度補(bǔ)償?shù)牟襟E：
32、s5、給調(diào)制器施加調(diào)制方波信號，解調(diào)光源通過諧振腔的干涉信號，輸出補(bǔ)償前陀螺轉(zhuǎn)速；
33、s6、計(jì)算頻率補(bǔ)償參數(shù)，包括
34、電流-頻率補(bǔ)償系數(shù)ci-f：
35、
36、溫度-頻率補(bǔ)償系數(shù)ct-f：
37、
38、其中，a為諧振腔面積，k電流_頻率為光源的電流-頻率調(diào)諧系數(shù)，n為諧振腔折射率，λ為諧振腔光波長，l為諧振腔腔長，k溫度_頻率為光源的溫度-頻率調(diào)諧系數(shù)；
39、s7、頻率補(bǔ)償后的陀螺轉(zhuǎn)速為：
40、d轉(zhuǎn)速_f補(bǔ)償＝d轉(zhuǎn)速_補(bǔ)償前+ici_f+tct_f
41、其中，d轉(zhuǎn)速_補(bǔ)償前為頻率補(bǔ)償前的陀螺轉(zhuǎn)速，i為當(dāng)前電流，t為當(dāng)前溫度；
42、s8、計(jì)算強(qiáng)度補(bǔ)償參數(shù)，包括
43、電流-強(qiáng)度補(bǔ)償系數(shù)ci-i：
44、
45、溫度-強(qiáng)度補(bǔ)償系數(shù)ct-i：
46、
47、其中，k電流_強(qiáng)度為光源電流-強(qiáng)度調(diào)諧系數(shù)，αc為連接諧振腔的耦合器損耗，αl為諧振腔損耗，ε為連接諧振腔的兩個(gè)耦合器的分光比，fsr為諧振腔的自由譜線寬度，f為光源中心頻本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種快速變溫條件下硅光子陀螺穩(wěn)定控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間的設(shè)置方法如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述Di_max、Di_min取值使得溫度下閉環(huán)區(qū)間、溫度上閉環(huán)區(qū)間關(guān)于驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間上下對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述光源初始設(shè)定電流為驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間的中間值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述步驟S2前還包括陀螺上電、復(fù)位信號判斷的步驟，所述復(fù)位信號若置高，則清空陀螺寄存器中的CW諧振信號、CCW諧振信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，還包括頻率補(bǔ)償、強(qiáng)度補(bǔ)償?shù)牟襟E，具體如下：
8.一種快速變溫條件下硅光子陀螺，其特征在于，包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅光子陀螺，其特征在于，所述調(diào)制
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅光子陀螺，其特征在于，所述光源為寬譜光源。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種快速變溫條件下硅光子陀螺穩(wěn)定控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間的設(shè)置方法如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述di_max、di_min取值使得溫度下閉環(huán)區(qū)間、溫度上閉環(huán)區(qū)間關(guān)于驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間上下對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述步驟s4具體包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述光源初始設(shè)定電流為驅(qū)動(dòng)電流線性閉環(huán)區(qū)間的中間值。
...【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：尚克軍，雷明，李豪偉，劉淑榮，張麗哲，
申請(專利權(quán))人：北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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