一种用于核磁共振陀螺仪的分时激光稳频系统及方法

摘要

一种用于核磁共振陀螺仪的分时激光稳频系统及方法，通过驱动激光器的TEC进行温度控制，可对激光器频率进行粗调。对激光器的驱动电流进行微小的调制，并利用光电探测器接收激光器通过陀螺后的光信号并进行信号处理即可得到反馈的激光器电流值，实现精确的频率控制。由于核磁共振陀螺需要在高温下工作，需要用PWM脉冲发生器生成加热信号控制陀螺温度，加热信号会影响激光信号，使得频率稳定精度下降，因此可在每生成完一段加热脉冲信号后，额外延迟一段非加热时间。在加热信号时间段，对核磁共振陀螺仪进行温度控制，在非加热时间段对其进行激光稳频控制。采用此方法，可避免加热信号产生的磁场影响光电探测器的输出结果，进而影响激光的稳频精度。

主权项

一种用于核磁共振陀螺仪的分时激光稳频系统，其特征在于包括：PID温度控制器、PWM脉冲发生器、TEC温控模块、信号发生器、激光驱动恒流源、激光器、核磁共振陀螺、光电探测器、滤波放大模块、信号选择器、信号处理模块；驱动激光器为半导体激光器，内部设置有TEC；TEC温控模块，产生温控电流，驱动激光器内部的TEC，控制激光器的温度，使激光器产生激光的频率在⁸⁷Rb第一线附近；激光驱动恒流源，产生用于驱动激光器的恒定电流，驱动激光器的激光二级管，使激光器的频率进一步接近⁸⁷Rb第一线；信号发生器，产生一个正弦波电压信号，调制激光驱动恒流源，使激光驱动恒流源产生的驱动电流产生微小变化；进而使得激光器的出光强度产生微小变化。激光器产生的光通过核磁共振陀螺后，被陀螺后端的光电探测器接收，光电探测器接收到激光后，根据激光的强度产生微小的电流信号。电流信号经过滤波放大模块放大后转换为电压信号，输出给信号选择器。PID温度控制器，根据设定的温度，产生一个加热信号，该信号用于控制PWM脉冲发生器产生脉冲信号的占空比，根据脉冲信号的占空比，实现对核磁共振陀螺温度调节；PWM脉冲发生器根据PID温度控制器输出的加热信号，产生一组用于温度控制的脉冲信号，脉冲信号分为有效加热脉冲和无效加热脉冲，总脉冲长度为N。有效加热脉冲存在时，加热片中通入加热电流，产生热量和磁场；无效加热脉冲存在时，加热片中不存在电流，不产生磁场。PID控制器通过控制有效加热脉冲在总脉冲长度中所占的比例来实现温度控制。PWM脉冲信号发生器在发生完一组用于温度控制的脉冲信号后，再额外产生一组与用于温度控制的脉冲信号长度相等的无效加热脉冲，使得每次温度控制脉冲发生后，都会存在一段无效加热的时间，这段时间与温度控制脉冲信号的持续时间相等。PWM脉冲信号发生器产生一控制信号驱动信号选择器。使得用于温度控制的脉冲信号存在时，不采集滤波放大模块滤输出的电压信号，信号选择器输出为0送至信号处理模块，即不进行激光稳频；而额外无效加热脉冲存在时采集滤波放大模块输出的电压信号，进行激光稳频。通过周期性的采集和不采集光电探测器产生的信号，实现分时激光稳频。信号处理模块将信号信号发生器产生的正弦波电压信号，和信号选择器输出的电压信号相乘，并进行积分运算，输出电流调节信号给激光驱动恒流源，调整激光器产生的恒定电流，即驱动电流，实现激光稳频。