1.本发明涉及激光陀螺技术领域，特别涉及一种激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置。
背景技术：2.激光陀螺一般由激光器、稳频系统、光强稳定系统、偏频系统和读出光学系统组成。其中读出光学系统由合光棱镜及光电二象限探测器构成。合光是使激光器内正反运行的两束激光合并到夹角仅为角分量级的同一方向上，使两束激光产生干涉条纹，并通过适当的半透半反分光膜使两光束在合并时的强度基本相等，利用光电探测器探测干涉条纹的强度变化，将对应于陀螺角速度变化的频差信息转化为可以直接测量的光条纹信息。
3.稳频系统的目的就是通过稳定激光陀螺的腔长的方式，使激光工作于单纵模行波状态。同时，将在消除了相向行波模式竞争的激光器内形成稳定的双向行波振荡，获得稳定的输出功率。根据光电探测器探测激光陀螺腔体里激光的增益曲线的变化，采用电子线路来控制压电陶瓷的伸缩。激光陀螺稳频方式有直流稳频和交流稳频两种方式。直流稳频是目前较成熟的稳频方案，国内外普遍采用的直流稳频控制方案。
4.《空间三轴机抖激光陀螺交流稳频系统设计》研究了空间三轴机抖激光陀螺交流稳频控制方法，并对pid控制参数仿真与优化，得到了较好的稳频控制系统响应。激光陀螺交流稳频是从条纹输出信号取出直流光强信号进行稳频控制，条纹输出信号中包含激光拍频信号、机械抖动信号以及抓卡小抖动等信号，成分多样，频率丰富，如果用于稳频需要滤波处理，不仅带来了电路和软件的延时，而且对电路和软件设计要求加大，电路功耗和体积增加。直流稳频取出的稳频信号信噪比高，频率单一，没有延时，可以实现激光陀螺稳频信号的高速采集和精准控制，从而保证和提高激光陀螺零偏稳定性的整体精度。
5.《空间三轴激光陀螺稳频方法研究》提供的稳频方案是在单轴激光陀螺稳频的基础上，进行详细而深入的分析，对空间三轴激光陀螺的稳频回路进行了等效变换，分解为三个单轴激光陀螺的稳频回路，借用单轴激光陀螺的稳频方法实现稳频。但文献中未提及如何实现从激光陀螺中取出所需的激光。
6.应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现要素：7.本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种将成熟的直流稳频技术应用到各类激光陀螺、如三角形陀螺及空间三轴陀螺上的方案，使得激光陀螺的稳频控制更简单有效。
8.为了达到上述目的，本发明提供了一种激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置，包括复合棱镜、交流光电管以及直流光电管，所述复合棱镜的第一面粘接
在输出镜片上，用于改变光路，激光器的第一路光经所述复合棱镜后一部分进入所述直流光电管，以探测激光增益曲线变化，实现直流稳频的控制，第一路光的另一部分与激光器的第二路光在所述复合棱镜中合并，进入所述交流光电管，实现角速度的获取。
9.进一步地，所述复合棱镜包括第二面和第三面，所述交流光电管对接所述复合棱镜的第二面，所述直流光电管对接所述复合棱镜的第三面。
10.进一步地，所述交流光电管粘接在所述第二面，所述直流光电管粘接在稳频光电管座上，所述稳频光电管座与所述第三面粘接。
11.进一步地，所述复合棱镜的第二面与第三面相互垂直设置。
12.进一步地，所述复合棱镜的第二面与第三面夹角精度在
±5″
的范围内。
13.进一步地，所述第三面与所述输出镜片夹角的取值满足所述第三面的入射角小于临界角，以使激光在所述第三面既产生反射又产生折射。
14.进一步地，所述第一面、所述第二面和所述第三面分别设置第一镀膜区、第二镀膜区和第三镀膜区，所述第一镀膜区、所述第三镀膜区设置半透半反膜，所述第二镀膜区设置全反膜。
15.进一步地，所述稳频光电管座采用直角楔形结构。
16.本发明的上述方案有如下的有益效果：本发明提供的激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置，依靠复合棱镜、直流光电管以及交流光电管的设置，能够实现读出光学系统合光和直流稳频系统光强测量的完美结合，同时加工难度与原合光棱镜相同，读出光学系统和直流稳频系统里的光电探测元件的装配难度不变，有效提升了激光陀螺的稳频控制，适用于空间三轴激光陀螺等；本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
17.图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明安装于空间三轴激光陀螺的示意图。
18.【附图标记说明】1-复合棱镜；2-交流光电管；3-稳频光电管座；4-直流光电管；5-输出镜片；6-第一面；7-第二面；8-第三面；9-第一镀膜区；10-第二镀膜区；11-第三镀膜区；12-谐振腔。
具体实施方式
19.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是锁定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.本发明涉及激光陀螺技术领域，激光陀螺稳频的目的就是通过稳定激光陀螺的腔长的方式，使激光工作于单纵模行波状态。同时，将在消除了相向行波模式竞争的激光器内形成稳定的双向行波振荡，获得稳定的输出功率，根据光电探测器探测激光陀螺腔体里激光的增益曲线的变化，采用电子线路来控制压电陶瓷的伸缩。激光陀螺稳频方式有直流稳频和交流稳频两种方式，直流稳频是目前较成熟的稳频方案，国内外普遍采用的直流稳频控制方案。基于此，本发明的实施例1提供了一种从激光陀螺中取出所需激光的具体方案。
23.如图1所示，本发明的实施例1提供了一种激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置，包括复合棱镜1、交流光电管2、稳频光电管座3以及直流光电管4。其中，复合棱镜1的第一面6粘接在输出镜片5上，交流光电管2粘接在复合棱镜1的第二面7上，复合棱镜1与交流光电管2构成读出光学系统的合光模组。稳频光电管座3粘接在复合棱镜1的第三面8上，直流光电管4粘接在稳频光电管座3上，复合棱镜1、稳频光电管座3及直流光电管4构成直流稳频控制的光强测量模组。其中，稳频光电管座3是为了从第三面8折射出来的激光基本垂直地打在直流光电管4的光敏面，即让粘接直流光电管4的粘接面与折射出来的激光基本保持垂直。
24.在本实施例中，复合棱镜1的第二面7和第三面8相互垂直设置，需严格控制角度的加工精度在90
°±5″
的范围内，确保a路光的部分经过多次反射后从第二面8垂直出射，使得a、b两路激光合并于同一方向并垂直地打在交流光电管2的光敏面上。
25.在本实施例中，θ角的取值满足第三面8的入射角小于临界角，从而使激光在第三面8既产生反射又产生折射。
26.为使复合棱镜1内部的光路按预设路径分布，本实施例中在复合棱镜1上设置第一镀膜区9、第二镀膜区10和第三镀膜区11。其中，在第一镀膜区9、第三镀膜区11设置半透半反膜，第二镀膜区10设置全反膜。
27.因此，激光器内的a路光，经输出镜片5、复合棱镜1后打在复合棱镜1第三面8的第三镀膜区11，经半透半返膜，一部分激光折射进入稳频光电管座3的通孔，从而打在直流光电管4的光敏面上，以探测激光陀螺腔体里激光的增益曲线变化，来控制压电陶瓷的伸缩，实现直流稳频的控制。
28.而另一部分激光反射到第二镀膜区10，再经第二镀膜区10反射以及第一镀膜区9反射，最终打在交流光电管2的光敏面上。通过调整复合棱镜1的位置、角度等，使激光器内正反运行的a、b两路激光合并到夹角仅为角分量级的同一方向上，让两路夹角很小的激光打在交流光电管2的光敏面上产生干涉条纹。光电探测器探测干涉条纹的强度变化，将对应于陀螺角速度变化的频差信息转化为可以直接测量的光条纹信息，从而获得角速度等。
29.采用本实施例提供的装置，能够实现读出光学系统合光和直流稳频系统光强测量
的完美结合，同时加工难度与原合光棱镜相同，读出光学系统和直流稳频系统里的光电探测元件的装配难度不变。
30.当然在其他实施例中，还可以对复合棱镜1结构进行调整，只要能够使a路光的一部分折射进入稳频光电管座3的通孔并打在直流光电管4的光敏面上，a路光的另一部分依靠预设光路与b路光合并，打在交流光电管2的光敏面上产生干涉条纹即可，就能依靠光电探测器探测干涉条纹的强度变化，获得角速度。
31.实施例2：如图2所示，本发明的实施例2提供了一种应用于空间三轴激光陀螺稳频的具体方案，实施例1中的装置安装在谐振腔12的三个接收端。
32.对于每个装置来说，其与谐振腔12内的两组光路相关联，依据稳频控制的对应关系，进行等效变换后，可以利用单轴激光陀螺的稳频方法进行稳频，从而实现空间三轴激光陀螺的稳频（“空间三轴激光陀螺稳频方法研究”，张金刚等，导航定位与授时，第二卷，第四期，第63-66页，2015年7月）。
33.另外在本实施例中，各个装置的稳频光电管座3同样采用直角楔形结构，而与复合棱镜1更好地贴合，使得整体结构更加紧凑。当然本实施例也不限制稳频光电管座3为直角楔形结构，其他形式的、能够使整体结构紧凑的形式均可采用。
34.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置，其特征在于，包括复合棱镜、交流光电管以及直流光电管，所述复合棱镜的第一面粘接在输出镜片上，用于改变光路，激光器的第一路光经所述复合棱镜后一部分进入所述直流光电管，以探测激光增益曲线变化，实现直流稳频的控制，第一路光的另一部分与激光器的第二路光在所述复合棱镜中合并，进入所述交流光电管，实现角速度的获取。2.根据权利要求1所述的激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置，其特征在于，所述复合棱镜包括第二面和第三面，所述交流光电管对接所述复合棱镜的第二面，所述直流光电管对接所述复合棱镜的第三面。3.根据权利要求2所述的激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置，其特征在于，所述交流光电管粘接在所述第二面，所述直流光电管粘接在稳频光电管座上，所述稳频光电管座与所述第三面粘接。4.根据权利要求2所述的激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置，其特征在于，所述复合棱镜的第二面与第三面相互垂直设置。5.根据权利要求4所述的激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置，其特征在于，所述复合棱镜的第二面与第三面夹角精度在
±5″
的范围内。6.根据权利要求2所述的激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置，其特征在于，所述第三面与所述输出镜片夹角的取值满足所述第三面的入射角小于临界角，以使激光在所述第三面既产生反射又产生折射。7.根据权利要求2所述的激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置，其特征在于，所述第一面、所述第二面和所述第三面分别设置第一镀膜区、第二镀膜区和第三镀膜区，所述第一镀膜区、所述第三镀膜区设置半透半反膜，所述第二镀膜区设置全反膜。8.根据权利要求2所述的激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置，其特征在于，所述稳频光电管座采用直角楔形结构。
技术总结本发明提供了一种激光陀螺读出光学系统的合光和直流稳频控制一体化装置，包括复合棱镜、交流光电管以及直流光电管，所述复合棱镜的第一面粘接在输出镜片上，用于改变光路，激光器的第一路光经所述复合棱镜后一部分进入所述直流光电管，以探测激光增益曲线变化，实现直流稳频的控制，第一路光的另一部分与激光器的第二路光在所述复合棱镜中合并，进入所述交流光电管，实现角速度的获取。本发明依靠复合棱镜、直流光电管以及交流光电管的设置，能够实现读出光学系统合光和直流稳频系统光强测量的完美结合，同时加工难度与原合光棱镜相同，读出光学系统和直流稳频系统里的光电探测元件的装配难度不变，有效提升了激光陀螺仪的稳频控制。稳频控制。稳频控制。
技术研发人员：周艳 唐波 李耿 唐靖 雷正荣 晏坚毅
受保护的技术使用者：湖南亿诺胜精密仪器有限公司
技术研发日：2022.05.25
技术公布日：2022/7/5
