本发明专利技术提出一种基于机械纳米步进调节激光陀螺的背向散射的装置和方法，属于激光陀螺技术领域，包括：单轴速率转台、激光功率探测器、接收激光功率探测器输出的上位计算机、固定在转台上的精密步进电机和稳频卡盘；稳频卡盘连接到激光陀螺的一个可调反射镜上，精密步进电机用于调整稳频卡盘的形变，以调节激光陀螺的激光腔长；通过测试激光陀螺的激光腔长变化时的激光功率输出变化，确定被测试的激光陀螺的背向散射的最小位置。采用本发明专利技术的方法，可以避开复杂的电路控制，提高仪表性能；配合电路背向散射控制，可以达到更好的长期稳定效果；陀螺性能平均提高了一倍，温度环境下性能更加稳定。更加稳定。更加稳定。
【技术实现步骤摘要】
基于机械纳米步进调节激光陀螺的背向散射的装置和方法
[0001]本专利技术属激光陀螺
，尤其涉及一种基于机械纳米步进调节激光陀螺的装置和方法。
技术介绍
[0002]激光陀螺是一种高精度、高可靠、长寿命的惯性仪表，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。主要部件为零膨胀微晶玻璃制成的谐振腔，高精度一直是激光陀螺的核心问题和永恒追求。陀螺精度主要取决于闭锁阈值，也即低速下顺逆两路激光的同步。闭锁阈值又来源于反射镜片的散射。反射镜是采用超级抛光技术加工成超光滑表面，一般要求的粗糙度<2
Å
。其表面微观起伏程度是以原子尺寸量级的起伏来表征的。正是这些原子量级的微观起伏引起光子的微小散射。每个镜片都会产生背向散射，光路中的总背向散射是每个背向散射的叠加。由于所有的背向散射都是作用在同方向的光路上，此外激光具有高度的相干性，因总背向散射是每个镜片背向散射的矢量叠加。
[0003]这里：、、、分别是每个反射镜的背向散射矢量。是每个反射镜叠加合成的总背向散射矢量。
[0004]如图1所示，每个背向散射的初始相位差是随机的，也即每个背向散射矢量、、、的指向方向是随机的，相位差异主要来自于光斑在表面不同位置差异和镜片之间的相对位置。
[0005]光斑相位在镜片表面又是周期性分布的，因此当光斑在镜片上移动时，背向散射相位也会周期性变化。对正方形陀螺来说，反射镜的移动距离背向散射光可以得到一个完整的调制。激光陀螺实际使用中，外界温度变化、振动过载和陀螺仪自身长期退化等均会导致光路微米级量级的应变，显著改变光斑在反射镜上的位置，引起每个镜片背向散射的相位变化（相当于4中的每个源的散射矢量不同方向旋转起来），从而改变总背向散射和闭锁阈值，要减少这种不确定性，必须对光路中的散射耦合进行控制。
[0006]背向散射的控制方法是相邻的反射镜一个向内移动，一个向外移动，但始终保持行程相等的反向运动，每个镜片的最大行程为。这样不但可以保证腔长不变，而且四个反射镜上的光场得到周期性的调制，每个镜片背向散射光的相位周期性变化，进而总背向散射的振幅和相位发生周期性变化，使得闭锁阈值也周期性变化。
[0007]可见，如果没有对闭锁的精确控制回路，使得背向散射未必最小，仪表不能获得小的随机漂移，同时热将引起光路的形变，将导致随机漂移大小的发生变化。如果采取了闭锁
阈值的精确控制，使得背向散射最小，仪表不但将获得最小的随机漂移，也能够使得随机漂移的大小对温度不敏感。
[0008]现有的专利和文献并并没有涉及对陀螺的散射耦合处理，都是通过电路进行控制，当信号非常微弱时，电路系统往往难以鉴别散射耦合的差异。此外要求电路控制要求稳频机构的调节范围大，给仪表优化设计带来一定困难。
技术实现思路
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术的第一方面提出一种基于机械纳米步进调节激光陀螺的背向散射的装置，所述装置包括：单轴速率转台、稳频卡盘、激光功率探测器、上位计算机和固定在所述单轴速率转台上的精密步进电机；待调整的所述激光陀螺被固定在所述单轴速率转台上；所述稳频卡盘固定连接在所述激光陀螺的一个可调反射镜上，所述精密步进电机用于调整所述稳频卡盘的形变，所述稳频卡盘的形变带动所述可调反射镜的形变以调节所述激光陀螺的激光腔长度；所述激光功率探测器探测激光陀螺输出的激光功率值，并将所述激光陀螺输出的激光功率值馈入所述上位计算机，所述上位计算机通过计算所述激光功率值的交流分量、直流分量及所述激光功率值所对应的所述激光腔长度，以确定所述激光陀螺的背向散射量最小的位置。
[0010]如本专利技术的第一方面提出的所述的装置，所述装置还包括一扫描驱动电路，所述上位计算机的输出端与所述扫描驱动电路的输入端连接以控制所述扫描驱动电路的输出电压；所述扫描驱动电路的电压输出端电连接到所述稳频卡盘的电压控制形变元件，所述扫描驱动电路的输出电压控制所述电压控制形变元件的形变，以带动所述可调反射镜产生弯曲形变以改变激光腔长度。
[0011]如本专利技术的第一方面提出的所述的装置，所述上位计算机控制所述扫描驱动电路的输出电压按预定幅度和时间长度执行周期性变化。
[0012]如本专利技术的第一方面提出的所述的装置，所述稳频卡盘上还连接一调节螺钉，在所述稳频卡盘处于静止状态时，通过调整所述调节螺钉的进退位置使所述可调反射镜产生弯曲形变以改变所述激光陀螺的激光腔长度；所述精密步进电机包括一步进电机夹紧机构，所述精密步进电机通过所述步进电机夹紧机构夹持的螺钉调节工装与所述调节螺钉连接，通过所述精密步进电机的转动调整所述调节螺钉的进退位置以改变所述激光陀螺的激光腔长度。
[0013]如本专利技术的第一方面提出的所述的装置，所述装置还包括步进电机驱动器，所述上位计算机通过控制步进电机驱动器以驱动所述精密步进电机以预定步进角度转动以带动所述调节螺钉的步进。
[0014]如本专利技术的第一方面提出的所述的装置，当所述调节螺钉螺距为：0.25～ 0.3mm，所述精密步进电机步进角度为10角秒时，可调反射镜镜片的步进量为：1～1.2nm，整个调节流程中，所述可调反射镜镜片总行程量为：900～1100nm。
[0015]如本专利技术的第一方面提出的所述的装置，所述装置还包括：所述装置还包括：在所
述激光功率探测器的输出端依次连接一放大器和一滤波器，所述放大器将通过所述激光功率探测器输出的所述激光陀螺的激光功率值放大后由滤波器执行窄带滤波后，分别输出激光功率值的交流分量和直流分量并馈入所述上位计算机的输入端；所述上位计算机通过处理所述交流分量以获得激光陀螺正弦背向散射信号；所述上位计算机通过处理所述直流分量以获取激光陀螺的激光功率；所述滤波器中心工作频率为：1—5kHz，所述滤波器的带宽为：100
‑
300Hz。
[0016]本专利技术的第二方面提出一种基于机械纳米步进调节激光陀螺的背向散射的方法，所述方法包括如下步骤步骤1，将激光陀螺和精密步进电机固定在单轴速率转台上；步骤2，将稳频卡盘固定连接在激光陀螺的一个可调反射镜上，所述稳频卡盘的调节螺钉旋拧到预定初始位置后，将所述精密步进电机通过步进电机夹紧机构夹持的螺钉调节工装与调节螺钉连接；步骤3，启动所述激光陀螺的高压电源产生激光输出；设置所述单轴速率转台以预定转速转动；步骤4，上位计算机进入工作状态，控制扫描驱动电路输出预定幅度和时间长度的周期性变化电压；所述周期性变化电压施加到所述稳频卡盘的电压控制形变电路；步骤5，所述上位计算机控制步进电机驱动器驱动所述精密步进电机以预定步进角度转动，以带动所述调节螺钉的步进；步骤6，在每个步进点上，所述上位计算机针对多个不同腔长模式读取背向散射量；对每个步进点的背向散射量计算其平均值和方差值，存储读取的所述背向散射量和计算出的平均值与方差值；步骤7，所述上位计算机依据步骤6的计算结果确定激光陀螺的背向散射量最小的步进点，所述上位计算机存储所述背向散射量最小的步进点的背向散射量、背向散射量的平均值本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于机械纳米步进调节激光陀螺的背向散射的装置，其特征在于，所述装置包括：单轴速率转台、稳频卡盘、激光功率探测器、上位计算机和固定在所述单轴速率转台上的精密步进电机；待调整的所述激光陀螺被固定在所述单轴速率转台上；所述稳频卡盘固定连接在所述激光陀螺的一个可调反射镜上，所述精密步进电机用于调整所述稳频卡盘的形变，所述稳频卡盘的形变带动所述可调反射镜的形变以调节所述激光陀螺的激光腔长度；所述激光功率探测器探测激光陀螺输出的激光功率值，并将所述激光陀螺输出的激光功率值馈入所述上位计算机，所述上位计算机通过计算所述激光功率值的交流分量、直流分量及所述激光功率值所对应的所述激光腔长度，以确定所述激光陀螺的背向散射量最小的位置。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一扫描驱动电路，所述上位计算机的输出端与所述扫描驱动电路的输入端连接以控制所述扫描驱动电路的输出电压；所述扫描驱动电路的电压输出端电连接到所述稳频卡盘的电压控制形变元件，所述扫描驱动电路的输出电压控制所述电压控制形变元件的形变，以带动所述可调反射镜产生弯曲形变以改变激光腔长度。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述上位计算机控制所述扫描驱动电路的输出电压按预定幅度和时间长度执行周期性变化。4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述稳频卡盘上还连接一调节螺钉，在所述稳频卡盘处于静止状态时，通过调整所述调节螺钉的进退位置使所述可调反射镜产生弯曲形变以改变所述激光陀螺的激光腔长度；所述精密步进电机包括一步进电机夹紧机构，所述精密步进电机通过所述步进电机夹紧机构夹持的螺钉调节工装与所述调节螺钉连接，通过所述精密步进电机的转动调整所述调节螺钉的进退位置以改变所述激光陀螺的激光腔长度。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括步进电机驱动器，所述上位计算机通过控制步进电机驱动器以驱动所述精密步进电机以预定步进角度转动以带动所述调节螺钉的步进。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，当所述调节螺钉螺距为：0.25～ 0.3mm，所述精密步进电机步进角度为10角秒时，可调反射镜镜片的步进量为：1～1.2nm，整个调节流程中，所述可调反射镜镜片总行程量为：900～1100nm。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：在所述激光功率探测器的输出端依次连接一放大器和一滤波器，所述放大器将通过所述激光功率探测器输出的所述激光陀螺的激光功率值放大后由滤波器执行窄带滤波后，分别输出激光功率值的交流分量和直流分量并馈入所述上位计算机的输入...
【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：
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