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提高高集成度激光陀螺抖动效率方法的研究

罗成刚  
【摘要】:高集成度激光陀螺具有体积较小、成本较低、性能稳定以及能承受高过载等特点,因此有着广阔的应用前景。高集成度激光陀螺抖动负载大、效率低,导致抖动驱动电压较高,这对于抖动机构中加有反向电压的压电陶瓷来说是致命的,因为长时间加反向电压会导致压电陶瓷退极化,从而使抖动机构失去驱动能力,激光陀螺不能正常工作。本课题对其抖动方式进行了深入分析,提出了用调谐匹配消除无功功率提高抖动效率,降低抖动驱动电压的方法,并通过实验验证了该方法的可行性。 本文首先在构建抖动机构等效电路模型的基础上,对抖动机构调谐匹配理论进行了研究,分析了串联调谐匹配和并联调谐匹配的特点,以及它们对抖动系统的影响,设计了几种静态调谐匹配的方法,并提出了动态调谐匹配的总体方案。其次,在动态调谐匹配方案中巧妙地实现了对匹配电感大小的测算和对电路是否谐振的准确判断,使得动态匹配能够在全温域范围内实时地自动进行。同时研究了可控电抗器的特点与分类,在此基础上选取了以PC44磁芯作为实验所用可调电感的磁芯材料,并制作了若干可调电感用于调谐匹配。 再次,在常温下进行了单电感调谐匹配和电感-电容调谐匹配实验,实验表明调谐匹配可以减小抖动驱动电压和能量消耗,提高抖动效率;接着对单电感调谐匹配做了高低温静态匹配测试,分析了温度变化对静态电容、抖动谐振频率、抖动幅度、抖动驱动电压以及匹配电感的影响,并分析了匹配失配对抖动性能的影响。 最后,设计了动态调谐匹配系统,介绍了系统整形滤波、过零比较、相位差测量、匹配电感调节等模块的实现方法,并通过大量实验验证其可行性。实验结果表明,动态匹配系统能够实现对抖动系统的实时调谐。 调谐匹配后,激光陀螺抖动功率消耗减小了30%左右,驱动电压减小了50%左右,降低了压电陶瓷退极化的可能性,提高了陀螺的抖动效率。


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