激光陀螺机械抖动环控制电路误差分析

　　0　引言

　　激光陀螺是一种新型的惯性敏感元件,它的工作原理基于Sagnac效应,利用环形谐振腔内顺时针与逆时针两反向行波的谐振频率差(拍频)正比于外部输入转速的特点,通过对拍频的测量而获知陀螺相对于惯性空间的转速。但是由于环路的非均匀性等原因,当两束光的频差小到一定程度时,其频率受牵引同步作用而无频差输出,这种现象称为闭锁效应。因此,缩小锁区、消除锁区以及采用各种偏频方法克服锁区的影响是激光陀螺技术发展中的关键之一,其中应用最广泛的偏频方案是机械抖动偏频[1-2]。

　　机械抖动偏频技术的引入,虽然极大地减小了激光陀螺的锁区,但是,由于抖动环内各器件的误差会不可避免地影响到激光陀螺的工作,因此,对激光陀螺机械抖动环误差的分析有着重要的意义。本文对抖动系统各个环节的误差做了进一步的分析并着重介绍了伪随机码的产生方法。

　　1　激光陀螺机械抖动环的误差分析

　　激光陀螺抖动系统由抖动器、补偿环、角速度传感器和抖动控制电路组成。系统方框图如图1所示。

　　1.1　抖动器的误差分析

　　激光陀螺抖动环启动时,由压电陶瓷的压电效应驱动抖动器抖动,通过补偿环带动陀螺谐振腔腔体抖动。抖动器的抖动是以几个角分的抖动角往复动,由于受到阻力、摩擦等的影响,抖动器的振动存在着阻尼,这样其阻尼振动微分方程为[3]

　　其中:L为抖动器振动片的半径尺寸。由此可知,抖动环产生的自然谐振频率取决于抖动器的尺寸。在温度的影响下,由于抖动器的尺寸发生变化,自然谐振频率也随之漂移,导致抖动频率和偏频量不稳定。

　　抖动器性能的好坏直接影响陀螺的工作精度,在抖动器的材料选取、制作工艺、切割方式、装配方法等方面都要尽可能减少误差。抖动器基体材料应采用低胀材料,严格控制制造过程,以达到抖动器质量分布均匀。严格控制压电陶瓷片参数的一致性,并采用专门的工艺设备将压电陶瓷片粘结到抖动器叶片上。对组装后的抖动器,应检测抖动器的左右摆角是否对称、抖动中心频率f0以及品质因素Q,可用图2的方法测试。测试仪器采用高稳定度正弦信号发生器以及示波器,测试方框图如图2所示。

　　测试方法如下:将待检测的抖动器装入测试系统,用正弦信号发生器给抖动器的压电陶瓷片发送信号峰峰值为10V,频率在350~400Hz变化的纯正弦信号,用示波器在角速度传感器的输出端观察信号的幅度和频率,找出最大抖动幅度时的频率(补偿环和角速度传感器已作过对称检测)。经过测试系统检测,得到不同抖动器的抖动频率、品质因素以及感应电压的对称性见表1,其中A、B为感应电压正负半周峰峰值。