СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ПОЛЕЗНОГО СИГНАЛА КОЛЬЦЕВОГО ЛАЗЕРА Российский патент 2016 года по МПК G01C19/70 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области преобразования параметров вращения в электрический сигнал с помощью гироскопов, в которых чувствительным элементом служит кольцевой лазер, и может быть использовано, например, в системах навигации.

Известен способ получения полезного сигнала кольцевого лазера на базе планарного оптического резонатора, описанный в патенте US 2008304052 A1, 11.12.2008, который заключается в обеспечении вращательных колебаний кольцевого лазера относительно корпуса гироскопа с помощью вибрационной частотной подставки.

Недостатком данного способа получения полезного сигнала кольцевого лазера является сниженная точность выдаваемого полезного сигнала. Обусловлено это тем, что в нем не обеспечивается подавление высших мод колебаний, которые мешают формированию разностного полезного сигнала, происходит сбой нулевого сигнала из-за искажения периметра корпуса резонатора, вызванного крутящим моментом, приложенным к единственной точке корпуса, а также использованием для устранения явления синхронизации встречных волн элемента Фарадея, состоящего из магнита и двух четвертьволновых пластинок, осуществляющих преобразование линейной поляризации в круговую и наоборот, что приводит к сильной зависимости величины нулевого сигнала от внешнего магнитного поля, а также вводит в рабочий объем дополнительные оптические элементы, на которых происходит взаимодействие встречных волн, распространяющихся в резонаторе, что увеличивает эффект их синхронизации и приводит к потере точности сигнала.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении точности полезного сигнала кольцевого лазера, при этом решается задача облегчения управления летательным аппаратом путем повышения точности определения его пространственного положения.

Заявленный технический результат достигается способом повышения точности полезного сигнала кольцевого лазера, заключающимся в обеспечении вращательных колебаний корпуса планарного оптического резонатора относительно корпуса гироскопа с помощью вибрационной частотной подставки, работающей на резонансной частоте виброподвеса, влияние которой на полезный сигнал компенсируется вычетом сигнала относительного движения корпуса планарного оптического резонатора на каждом такте съема информации с частотой, не менее, чем в шесть раз превышающей частоту вибрационной частотной подставки из суммарного сигнала. Обеспечивают селекцию высших типов колебаний в зоне перетяжки электромагнитного поля планарного оптического резонатора. Отражающие элементы, способствующие изменению угла направления лазерного излучения в оптическом канале, выполненном в корпусе планарного оптического резонатора, располагают симметрично относительно продольной оси корпуса планарного оптического резонатора, причем влияние искажения периметра оптического канала на полезный сигнал сводят к минимуму при помощи обеспечения зависимого или независимого друг от друга изменения положения упомянутых отражающих элементов относительно корпуса планарного оптического резонатора на величину, соответствующую изменениям периметра оптического канала.

Селекцию высших типов колебаний обеспечивают путем создания местного сужения сечения оптического канала, имеющего эллиптическое сечение, соответствующее форме поперечного сечения лазерных пучков.

Отражающие элементы, способствующие изменению угла направления лазерного излучения в оптическом канале, располагают симметрично относительно местного сужения сечения оптического канала.

Отражающие элементы выполняют зеркальными.

Дополнительно осуществляют стабилизацию состава рабочей смеси.

Заявленный технический результат достигается способом повышения точности полезного сигнала кольцевого лазера, заключающимся в обеспечении вращательных колебаний корпуса планарного оптического резонатора относительно корпуса гироскопа с помощью вибрационной частотной подставки, работающей на резонансной частоте виброподвеса, что позволяет устранить явление синхронизации встречных волн. Влияние вибрационной частотной подставки на полезный сигнал компенсируют вычетом сигнала относительного движения корпуса планарного оптического резонатора на каждом такте съема информации с частотой, не менее чем в шесть раз превышающей частоту вибрационной частотной подставки из суммарного сигнала, что позволяет избежать искажения полезного сигнала. Исключают влияние на полезный сигнал высших типов колебаний, для чего обеспечивают селекцию высших типов колебаний в зоне перетяжки электромагнитного поля планарного оптического резонатора. Кроме того, снижают влияние искажения периметра канала для прохождения излучения на полезный сигнал путем изменения расположения точек отражения излучения соответственно величине искажения периметра канала, причем симметричное расположение точек отражения излучения позволяет более точно корректировать изменение периметра канала.

Селекцию высших типов колебаний обеспечивают за счет местного сужения сечения оптического канала, расположенного в зоне перетяжки электромагнитного поля планарного оптического резонатора, что исключает усложнения конструкции и включения в нее элементов, способствующих созданию дополнительных помех.

Дополнительная стабилизация состава рабочей смеси позволяет обеспечить необходимый технический ресурс за счет неизменности газового состава.

Поверхность отражающих элементов выполняют зеркальной, что позволяет получить максимальный коэффициент отражения, тем самым исключив помехи получаемого сигнала.

Заявленное изобретение работает следующим образом.

Кольцевой лазер построен на базе планарного оптического резонатора. Для возбуждения и поддержания разряда в кольцевом лазере используют электроды: катод и два анода. Генерация лазерного излучения происходит на длине волны 0,6328 мкм, характеризуется эллиптическим поперечным сечением и линейной s-поляризацией (вектор напряженности электрического поля перпендикулярен плоскости корпуса планарного оптического резонатора). Активная среда - газовая смесь изотопов Не3:Ne20:Ne22=40:1:1 при давлении 750…950 Па, в которой поддерживается симметричный двухплечевой газовый разряд. Использование двух изотопов неона позволяет избежать конкуренции встречных волн, генерируемых лазером, что обеспечивается разностью частот 875 МГц, соответствующих максимумам коэффициентов усиления для изотопов Ne20, Ne22 при доплеровском и однородном уширении порядка 1 ГГц 10 МГц. Возбуждение и поддержание лазерной генерации производится двухплечевым симметричным разрядом постоянного тока в диапазоне рабочих токов от 0,4 до 0,75 миллиампер в каждом из плеч.

Для устранения явления синхронизации встречных волн корпусу оптического планарного резонатора придают вращательные колебания, тем самым создают вибрационную частотную подставку. При этом вибрационная частотная подставка работает на резонансной частоте виброподвеса, на котором закреплен кольцевой лазер, и находится в пределах 400±20 Гц. В свою очередь, влияние вибрационной частотной подставки на полезный сигнал компенсирует вычетом сигнала относительного движения корпуса планарного оптического резонатора на каждом такте съема информации с частотой, не менее чем в шесть раз превышающей частоту вибрационной частотной подставки из суммарного сигнала, например, с датчика относительного движения, в качестве которого может быть использован магнито-электрический датчик угловой скорости.

Кроме того, для исключения влияния на полезный сигнал необходимо обеспечить селекцию высших типов колебаний, т.е. обеспечить подавление высших мод планарного оптического резонатора и обеспечить генерацию только на основной продольной моде ТЕМ00. Это можно достичь, например, путем создания местного сужения сечения оптического канала, расположенного в зоне перетяжки электромагнитного поля планарного оптического резонатора, имеющего эллиптическое сечение, соответствующее форме поперечного сечения лазерных пучков.

Возможность управления отражающими элементами как в зависимом друг от друга режиме, так и в независимом друг от друга режиме дает возможность контроля их положения в зависимости от ситуации. Причем оба режима можно достичь применением независимых друг от друга двигателей, получающих сигналы от датчиков, регистрирующих искажение геометрических размеров симметричных частей корпуса, напрямую на двигатели либо через управляющий расчетный блок. Такая конструкция позволяет получать корректирующие сигналы от датчиков, расположенных в каждой половине корпуса, что обеспечивает получение более точной информации об изменении периметра, например, при различном искажении частей корпуса, а соответственно обеспечивается возможность более точно отреагировать на параметры искажения и свести к минимуму помехи, вызванные таким искажением.

Дополнительно осуществляют стабилизацию состава рабочей смеси в процессе эксплуатации, что позволяет обеспечить необходимый технический ресурс за счет неизменности газового состава для чего, например, используется нераспыляемый геттер из титан-ванадиевой смеси.

Изобретение относится к гироскопам. Способ повышения точности полезного сигнала кольцевого лазера заключается в том, что обеспечивают вращательные колебания корпуса планарного оптического резонатора относительно корпуса гироскопа с помощью вибрационной частотной подставки, работающей на резонансной частоте виброподвеса, влияние которой на полезный сигнал компенсируется вычетом сигнала относительного движения корпуса планарного оптического резонатора на каждом такте съема информации с частотой, не менее чем в шесть раз превышающей частоту вибрационной частотной подставки из суммарного сигнала. При этом обеспечивают селекцию высших типов колебаний в зоне перетяжки электромагнитного поля планарного оптического резонатора. Отражающие элементы, способствующие изменению угла направления лазерного излучения в оптическом канале, выполненном в корпусе планарного оптического резонатора, располагают симметрично относительно продольной оси корпуса планарного оптического резонатора. Влияние искажения периметра оптического канала на полезный сигнал сводят к минимуму при помощи обеспечения зависимого или независимого друг от друга изменения положения упомянутых отражающих элементов относительно корпуса планарного оптического резонатора на величину, соответствующую изменениям периметра оптического канала. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения точности полезного сигнала кольцевого лазера. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ повышения точности полезного сигнала кольцевого лазера, заключающийся в том, что обеспечивают вращательные колебания корпуса планарного оптического резонатора относительно корпуса гироскопа с помощью вибрационной частотной подставки, работающей на резонансной частоте виброподвеса, влияние которой на полезный сигнал компенсируется вычетом сигнала относительного движения корпуса планарного оптического резонатора на каждом такте съема информации с частотой, не менее чем в шесть раз превышающей частоту вибрационной частотной подставки из суммарного сигнала, обеспечивают селекцию высших типов колебаний в зоне перетяжки электромагнитного поля планарного оптического резонатора, отражающие элементы, способствующие изменению угла направления лазерного излучения в оптическом канале, выполненном в корпусе планарного оптического резонатора, располагают симметрично относительно продольной оси корпуса планарного оптического резонатора, причем влияние искажения периметра оптического канала на полезный сигнал сводят к минимуму при помощи обеспечения зависимого или независимого друг от друга изменения положения упомянутых отражающих элементов относительно корпуса планарного оптического резонатора на величину, соответствующую изменениям периметра оптического канала.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что селекцию высших типов колебаний обеспечивают путем создания местного сужения сечения оптического канала, имеющего эллиптическое сечение, соответствующее форме поперечного сечения лазерных пучков.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отражающие элементы, способствующие изменению угла направления лазерного излучения в оптическом канале, располагают симметрично относительно зоны перетяжки электромагнитного поля планарного оптического резонатора.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют стабилизацию состава рабочей смеси.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхность отражающих элементов выполняют зеркальной.