СПОСОБ ИСКЛЮЧЕНИЯ ЗОНЫ ЗАХВАТА В ЛАЗЕРНОМ ГИРОСКОПЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП) Российский патент 2010 года по МПК G01C19/68 

Использование: для построения лазерных гироскопов нового поколения. Сущность изобретения: способ заключается в том, что в кольцевом лазере получают режим периодической однонаправленной генерации встречных лучей, затем при помощи оптического гетеродирования переносят набег фаз каждого из встречных лучей на электрический сигнал разностной частоты.

Затем измеряют набег фаз каждого из электрических сигналов, далее определяют разность набегов фаз двух соседних отсчетов, которая пропорциональна приращению угла, вызванного проекцией абсолютной угловой скорости на ось чувствительности кольцевого лазера за период измерения.

Лазерный гироскоп, содержащий кольцевой лазер, две схемы сложения лучей, два фотоприемника, выходы которых оптически сопряжены с выходами схем сложения лучей, блок обработки и управления, информационные входы которого соединены с выходами фотоприемников, схема коммутации однонаправленной генерации, расположенная в резонаторе кольцевого лазера, управляющие входы которой соединены с управляющими выходами блока обработки и управления, оптический гетеродин, выходы которого оптически сопряжены с входами схем сложения лучей, а вторые входы схем сложения лучей оптически сопряжены со встречными лучами кольцевого лазера. Выходы блока обработки и управления содержат код приращения угла в инерциальном пространстве за период измерения.

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения угловых скоростей и углов и применяется в навигационных, измерительных и других системах.

Известны способы уменьшения влияния зоны захвата [1], заключающиеся во введении как постоянных, так и переменных подставок, однако взаимодействие встречных лучей приводит к целому ряду нелинейных эффектов, влияющих на нестабильность сдвига нуля и нестабильность масштабного множителя. Причиной этого является отсутствие полной взаимности встречных лучей, препятствующая реализации потенциальных возможностей лазерного гироскопа.

Поэтому недостатком всех известных способов является неполное исключение зоны захвата.

Задачей изобретения является исключение зоны захвата и тем самым увеличение точности лазерных гироскопов.

Для решения поставленной задачи в способе исключения зоны захвата в лазерном гироскопе в кольцевом лазере получают режим периодической однонаправленной генерации встречных лучей, затем при помощи оптического гетеродирования переносят набег фаз каждого из встречных лучей на электрический сигнал разностной частоты, затем по очереди измеряют набег фаз каждого из полученных электрических сигналов, далее определяют разность соседних отсчетов набега фаз, пропорциональную приращению угла, вызванного проекцией абсолютной угловой скорости на ось чувствительности кольцевого лазера за период измерения.

Для решения поставленной задачи в лазерный гироскоп введены схема коммутации однонаправленной генерации, расположенная в резонаторе кольцевого лазера, управляющие входы которой соединены с управляющими выходами блока обработки и управления, оптический гетеродин, выход которого оптически сопряжен с входами схем сложения лучей, а вторые входы схем сложения лучей оптически сопряжены со встречными лучами кольцевого лазера, причем выходы блока обработки и управления содержат код приращения угла в инерциальном пространстве за период измерения.

Обоснование предложенного способа заключается в следующем. Периодическая коммутация однонаправленной генерации в кольцевом лазере может быть получена как на основе эффекта подавления встречных лучей в магнитном поле [2], так и на других нелинейных оптических эффектах, например, в жидкокристаллических оптических ячейках (модуляторах), управляемых электрическим полем и т.д. На фиг.1 приведена временная диаграмма, объясняющая работу способа. На фиг.1 обозначены: t_п - время переключения (время существования двунаправленной генерации встречных лучей); t_и - время измерения (время однонаправленной генерации); T - период дискретизации.

Так как на измерительном интервале времени t_и существует только однонаправленная генерация, то масштабный коэффициент будет иметь вид

,

где:

S - площадь резонатора кольцевого лазера;

L - длина периметра кольцевого лазера;

λ - длина волны.

Учитывая, что измерение происходит лишь на доле периода дискретизации, следует ввести поправочный коэффициент

.

Тогда разность набегов фаз за период дискретизации будет

,

где:

Ω - проекция абсолютной угловой скорости на ось чувствительности кольцевого лазера.

На фиг.2 представлена схема лазерного гироскопа. Лазерный гироскоп содержит кольцевой лазер 1, две схемы сложения лучей 2 и 3, два фотоприемника 4 и 5, входы которых оптически сопряжены с выходами соответствующих схем сложения лучей 2 и 3, блок обработки и управления 6, информационные входы которого 9 и 10 соединены с выходами фотоприемников 4 и 5, схема коммутации однонаправленной генерации 7, расположенная в резонаторе кольцевого лазера 1, управляющие входы которой соединена с управляющими выходами 11 и 12 блока обработки и управления 6, оптический гетеродин 8, выходы которого оптически сопряжены с входами схем сложения лучей 2 и 3, а вторые входы схем сложения лучей 2 и 3 оптически сопряжены со встречными лучами кольцевого лазера 1. Выходы блока обработки и управления 6 содержат код приращения угла в инерциальном пространстве за время измерения T.

Схема коммутации однонаправленной генерации 7 может быть выполнена в виде анизотропной пластины, размещенной в пассивной части кольцевого лазера 1, и соленоида, создающего аксиальное магнитное поле в активной зоне кольцевого лазера 1 [2]. Если схема коммутации однонаправленной генерации 7, как описано выше, то блок обработки и управления может быть выполнен в виде, представленном на фиг.3. На фиг.3 обозначены: мультиплексор 13, входы которого соединены с выходами фотоприемников 4 и 5, счетчик 14, вход которого соединен с выходом мультиплексора 13, источник тока 15, выходы которого соединены со входами схемы коммутации однонаправленной генерации 7, контроллер 16, входы которого соединены с выходами счетчика 14.

Управляющие выходы контролера 16 соединены с управляющими входами мультиплексора 13, счетчика 14 и источника тока 15, а информационные выходы содержат код приращения угла в инерциальном пространстве за время Т. Время t_п обусловлено переходными процессами в схеме коммутации однонаправленной генерации 7, а режим двунаправленной генерации за это время используется для формирования управляющих сигналов по стабилизации периметра и мощности накачки кольцевого лазера 1. Время t_и выбирается исходя из необходимого периода дискретизации Т. Контроллер 16, кроме управления режимом работы лазерного гироскопа, определяет разность набегов фаз электрических сигналов, осуществляет масштабирование, а также управляет всеми подсистемами кольцевого лазера (стабилизации периметра, мощности накачки и т.д.).

Таким образом, решена задача по полному исключению зоны захвата лазерных гироскопов, что должно значительно повысить точность и стабильность последних.

Литература

1. Ароновиц Ф. Лазерные гироскопы // В кн.: «Применение лазеров». - М.: Мир, 1974.

2. Гупалов В.И., Мынбаев Д.К. О влиянии магнитного поля на лазерный гироскоп// Сборник статей. Под ред. Проф. П.И.Сайдова. - Л.: Издательство Ленинградского университета, 1973, С.24-27.

Изобретение относится к лазерным гироскопам нового поколения. Способ исключения зоны захвата в лазерном гироскопе заключается в том, что в кольцевом лазере создают режим периодической однонаправленной генерации встречных лучей, при помощи оптического гетеродирования переносят набег фаз каждого из встречных лучей кольцевого лазера на электрический сигнал разностной частоты. Тогда их разность в соседних отсчетах будет пропорциональна приращению угла, вызванного проекцией абсолютной угловой скорости Ω на ось чувствительности кольцевого лазера за период измерения. Лазерный гироскоп содержит кольцевой лазер, две схемы сложения лучей, два фотоприемника, блок обработки и управления, а также схему коммутации однонаправленной генерации, расположенную в резонаторе кольцевого лазера, оптический гетеродин, выход которого оптически сопряжен с входами схем сложения лучей, а вторые входы схем сложения лучей оптически сопряжены со встречными лучами кольцевого лазера, а выходы блока обработки и управления содержат код приращения угла в инерциальном пространстве за период измерения. Изобретение позволяет повысить точность гироскопа. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ исключения зоны захвата в лазерном гироскопе, заключающийся в том, что в кольцевом лазере получают режим периодической однонаправленной генерации встречных лучей, затем при помощи оптического гетеродирования переносят набег фаз каждого из встречных лучей кольцевого лазера на электрический сигнал разностной частоты, затем по очереди измеряют набег фаз каждого из полученных электрических сигналов, далее определяют разность соседних отсчетов набега фаз, пропорциональную приращению угла, вызванного проекцией абсолютной угловой скорости на ось чувствительности кольцевого лазера за период измерения.

2. Лазерный гироскоп, содержащий кольцевой лазер, две схемы сложения лучей, два фотоприемника, входы которых оптически сопряжены с выходами соответствующих схем сложения лучей, блок обработки и управления, информационные входы которого соединены с выходами фотоприемников, отличающийся тем, что, с целью исключения зоны захвата, в него введены схема коммутации однонаправленной генерации, расположенная в резонаторе кольцевого лазера, управляющие входы которой соединены с управляющими выходами блока обработки и управления, оптический гетеродин, выходы которого оптически сопряжены с входами схем сложения лучей, а вторые входы схем сложения лучей оптически сопряжены со встречными лучами кольцевого лазера, причем выходы блока обработки и управления содержат код приращения угла в инерциальном пространстве за период измерения.