PCI-9846在光学陀螺频率锁定跟踪研究中的应用(3)

三级放大器件匹配良好，组成了一个频率特性好、噪声低、电压电流增益都比较高、输入对前级加载轻，输出对后级驱动能力强的放大通路。

3.2 AD/DA设计

AD/DA设计采用凌华公司的PCI9846H板卡和PCI6208组合使用，配合上位机进行数字处理操控，项目前期设计采用DAQ2501多功能数采板卡，也达到了不错的应用效果，但是由于项目的参数深入设计需要达到同步高精度高采样速率的需求，DAQ2501板卡的总AD采样数率为400KHz/s，并且不能同步采集，在软件设计上只有采用单通道分时采样设计，这样使程序设计不能进行高速采集，并且受DA数率1MHz/s的限制，对外部3通道控制时效果不够理想，使得在该设计中控制数率达不到设计指标[5]。

对此，我们选择PCI9846H板卡进行后续升级设计，由于PCI9846具有单通道40MS/s的采集速率，并且能进行多通道同步采集，使软件运行速率大大提高，数字处理时间大大降低，相比DAQ2501其采集速率提高了100倍。并且采集精度为16bits，而DAQ2501仅为12bits，在采集精度上有以下运算，当采集范围在±5V时：

DAQ2501采集精度为： = PCI9046H采集精度为： = 从上述数值比较可以看出，采集精度提高了一个数量级。图6所示为PCI9846数据采集通道原理框图【5】。

4 软件系统设计

软件设计分为主程序设计和子程序设计，其中子程序重点介绍谐振点自动搜寻子程序和谐振点恒定子程序，其中这里面牵涉的锯齿波扫频、直流反馈控制(PZT)、PZT移频值在线计算;声光移频器手动/自动控制，AOFS移频在线反馈计算;顺时/逆时针两路同步采集反馈运算;还有显示输出、转台校准控制、人机交互、检测报表输出等部分省略介绍。

4.1 主程序设计

图7为陀螺检测主程序设计，程序上电运行后进入初始化参数设置子程序，对陀螺检测面板上的设定参数进行程序初始化;然后程序进入锯齿波扫频子程序，该步骤主要便于谐振点自动检测子程序对谐振点的大致范围进行初步估计，由于自控算法对于越接近控制值附近控制时间越短，越有利于快速检测需求，所以在该步加入锯齿扫频。当锯齿扫频得到谐振点值的大致控制区间后，程序自动进行软件控制参数修改刷新。然后程序停止锯齿扫频，进入PZT直流反馈，PZT直流反馈经过反馈算法计算反馈值大小，PZT仅对反馈进行初调整，当调整到期望值小误差范围时，程序进行声光细调整，其中PZT和声光调整逻辑如下所示：

表1反馈逻辑调整表

由表1所示可以得出结论：对于PZT而言当顺时针输出和逆时针输出均大(小)于0时，反馈操作应进行反馈数值加(减)控制，当输出波形产生180度相移时，反之操作。对于AOFS而言，当控制相应分路路时，当误差信号大(小)于0时，应在采取反馈操作信号小范围内减小(增加)调节电压，减小(增加)光频。

通过上述PZT和声光移频器联合反馈调整，将系统CCW路调整到谐振点，并通过PZT移频值在线计算和AO移频在线反馈计算得到当前谐振点所处的频率值，并将该值进行数据存储，该存储区间值可进行实时刷新操作。为便于系统参数分析，固定大小区间的存储值可通过软件调出，进行报表输出分析。

当CCW路谐振点得到控制后，系统对CW也进行上述运算控制，由于系统的PZT初调整已得到控制，此时仅对CW的控制声光移频器进行细操作找到CW路的谐振点。当陀螺静止不动时，CCW和CW路探测得到的谐振频率应该相等，此时得到的旋转频率差值为零，当陀螺以某角速率旋转时，得到的CCW与CW路的谐振频差通过计算子程序(前面介绍的萨格奈克效应推算公式)在线计算出当前的旋转角速率，并显示存储输出。

4.2 谐振点自动搜寻子程序

谐振点自动搜寻子程序通过程序控制参数和反馈算法将采集得到的谐振点差值转化为反馈的各项参数进行反馈控制。数值传输函数流程图如图8所示。

从图8可以看出，设当前通路解调输出信号函数为 (经过对时域信号拉氏转换的来)输入，控制期望信号输出为 ，其中极点添加函数再次起到减小控制波动干扰的目的，是控制逻辑避免产生震荡干扰控制的影响，系统通过协调控制反馈参数中 ， ， 的数值以及极点级数即极点值，达到快速反馈控制的目的，从而进一步实现谐振点自动搜寻锁定的目的。图9为谐振点自动锁定子程序流程示意图。该控制逻辑请参考与表1中反馈逻辑关系。

5 系统测试

系统测试分为光电转换信号检测、激光器扫频解调信号检测、谐振点自锁信号检测、系统反馈信号检测、声光模拟转动信号测试、转台控制测试、动态转动测试等。本文仅部分测试进行测试说明。