ДАТЧИК АБСОЛЮТНОЙ ЛИНЕЙНОЙ СКОРОСТИ ОБЪЕКТА Российский патент 1997 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к навигации и управлению подвижными объектами, преимущественно к системам и комплексам навигации, управления, стабилизации летательных аппаратов.

Известно устройство для измерения абсолютной линейной скорости объекта, содержащее два лазера с линейными резонаторами, установленными соосно полупрозрачными отражателями навстречу друг другу, оптический смеситель, расположенный между лазерами, фотоприемное устройство, блок обработки информации.

Известное устройство имеет следующие недостатки: частота биений интерференционной картины пропорциональна ускорению (или приращено скорости), следовательно, для определения полной скорости объекта необходимо осуществлять интегрирование; крутизна выходной характеристики является малой величиной, пропорциональной линейным размерам оптического контура, по которому происходит распространение волн; большие линейные размеры устройства, обусловленные тем, что для его функционирования необходимо наличие вне генератора протяженного оптического контура, в котором реализуется релятивистский (доплеровский) эффект.

Технический результат изобретения увеличение крутизны выходной характеристики и уменьшение габаритов.

Указанный технический результат достигается тем, что в датчике, включающем два лазера с линейными резонаторами, установленными соосно полупрозрачными отражателями навстречу друг другу, оптический смеситель, расположенный между лазерами, фотоприемное устройство, блок обработки информации, лазеры с линейными резонаторами являются идентичными по отношению друг к другу. Кроме того, оптический смеситель выполнен в виде призмы с углом (90^°+ε), где ε малый угол между отражающими гранями, расположенный так, что биссекторная плоскость этого двугранного угла перпендикулярна оси лазерных резонаторов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 вариант принципиальной схемы.

Датчик абсолютной линейной скорости (ДАЛС) объекта содержит два идентичных лазера 1 с линейными оптическими резонаторами, установленными в корпусе и ориентированными полупрозрачными отражателями 2 навстречу друг другу, оптический смеситель 3, установленный между полупрозрачными отражателями 2 лазеров, фотоприемное устройство 4, которое преобразует электромагнитную энергию, поступающую от смесителя в электрические сигналы, блок 5 обработки информации, который выделяет информацию о параметрах абсолютного линейного движения объекта.

Два идентичных лазера 1 генерирует электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль оси X, как в прямом (положительном) направлении, так и в обратном (отрицательном). Если ДАЛС неподвижен в инерциальном пространстве, то лазеры генерируют волны, частоты которых в прямом и обратном направлениях одинаковы.

Движение ДАЛС с абсолютной линейной скоростью относительно инерциальной системы координат приводи к тому, что за время

прохода длины L линейного оптического резонатора в неподвижной системе координат путь луча относительно неподвижного (инерциального) пространства составит величину

Здесь индекс "I" и знак "+" соответствуют лучу, распространяющемуся в прямом направлении, а индекс "2" и знак "-" соответствуют лучу, распространяющемуся в обратном направлении.

Для регистрации разности частот часть энергии встречных волн выводят из резонаторов лазеров ДАЛСа. Так как лазеры установлены полупрозрачными отражателями навстречу друг другу, то из одного резонатора выводится "прямая" волна с частотой ν₁, а из другого резонатора (на фиг. правого) выводится "обратная" волна с частотой ν₂. Эти волны попадают на оптический смеситель, который может быть выполнен в виде, например, призмы (см. фиг.2) с углом 90^°+ε между отражающими гранями, расположенной так, что биссекторная плоскость у этого двугранного угла перпендикулярна оси X резонаторов и равноудалена от их отражателей. Встречные волны, выходя из своих резонаторов, отражаются от граней смесителя 3 и попадают на фотоприемное устройство 4, образуя между собой малый угол 2ε. В области чувствительности фотоприемного устройства образуется интерференционная картина, положение которой зависит от мгновенной разности фаз встречных волн. Фотоприемное устройство может быть выполнено в виде двух фотоприемников.

При неподвижном (в инерциальном пространстве) ДАЛСе интерференционная картина неподвижна и переменные составляющие сигналов с выходов фотоприемников равны нулю. Движение лазеров (т.е. ДАЛСа) приводит к тому, что интерференционные полосы начинают перемещаться относительно фотоприемников со скоростью, пропорциональной частоте биений Dn, при этом переменные составляющие сигналов фотоприемников будут меняться с частотой биений встречных волн. Знак переменной составляющей сигнала первого фотоприемника не зависит от направления перемещения полос, а знак переменной составляющей сигнала второго фотоприемника меняется на противоположный при смене направления движения объекта, на котором установлен ДАЛС.

Соответствующим образом обрабатывая сигналы фотоприемников в блоке 5 обработки информации, выделяют информацию о величине и знаке проекции на ось X абсолютной скорости объекта, на котором установлен датчик абсолютной линейной скорости.

Использование: в навигации и управлении подвижными объектами. Сущность изобретения: датчик абсолютной линейной скорости объекта включает два идентичных лазера с линейными резонаторами, установленными соосно полупрозрачными отражателями навстречу друг другу, оптический смеситель, фотоприемное устройство, блок обработки информации. Оптический смеситель выполнен в виде призмы. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Датчик абсолютной линейной скорости объекта, включающий два лазера с линейными резонаторами, установленными соосно полупрозрачными отражателями навстречу друг другу, оптический смеситель, расположенный между лазерами, фотоприемное устройство, блок обработки информации, отличающийся том, что лазеры с линейными резонаторами являются идентичными по отношению друг к другу. 2. Датчик абсолютной линейной скорости объекта по п. 1, отличающийся тем, что оптический смеситель выполнен в виде призмы с углом (90^°+ε), где ε- малый угол между отражающими гранями, расположенный так, что биссекторная плоскость этого двугранного угла перпендикулярна оси лазерных резонаторов.