Способ измерения угловых перемещений зеемановским лазерным гироскопом Российский патент 2019 года по МПК G01C19/64 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии.

Известен способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом [1].

В этом способе при измерении угловых перемещений обеспечивается работа лазерного гироскопа в двухчастотном (одномодовом) режиме на одной из ортогонально поляризованных мод кольцевого лазера лазерного гироскопа, создается частотная подставка с помощью механических угловых колебаний кольцевого лазера, выделяется информация об угловых перемещениях из синусоидального сигнала биений разностной частоты встречных волн, поступающего от кольцевого лазера.

Недостатком этого способа являются большие ошибки измерения угловых перемещений лазерным гироскопом при наличии механических воздействий, что происходит из-за недостаточной жесткости системы, создающей механические угловые колебания кольцевого лазера.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом, включающий работу лазерного гироскопа в двухчастотном режиме на одной из ортогонально поляризованных мод кольцевого лазера лазерного гироскопа, создание частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера с эллиптической или круговой поляризацией излучения в активном элементе кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера [2].

В этом случае лазерный зеемановский гироскоп, в котором создают круговую или эллиптическую поляризацию излучения резонатора кольцевого лазера, например, методом изготовления четырехзеркального резонатора кольцевого лазера с определенным углом излома контура резонатора, а частотную подставку создают, например, с помощью постоянных магнитов, расположенных на газоразрядных промежутках кольцевого лазера, и создающих магнитное поле на активной среде вместе с кольцевым лазером не имеет подвижных частей и жестко крепится к объекту.

При этом ошибки измерений угловых перемещений при наличии механических воздействий при таком способе существенно уменьшаются.

Недостатком известного способа является ошибка измерений угловых перемещений таких лазерных гироскопов при наличии магнитных полей из-за большой чувствительности этих приборов к магнитному полю.

Задачей данного способа является уменьшение ошибки измерения угловых перемещений лазерным гироскопом, работающим в двухчастотном (одномодовом) режиме, обусловленной чувствительностью таких лазерных гироскопов к магнитному полю.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе измерения угловых перемещений лазерным гироскопом на активную среду кольцевого лазера накладывается магнитное поле достаточной напряженности для того, чтобы перейти в область нелинейности дисперсионной зависимости показателя преломления активной газовой среды. При определенном значении напряженности магнитного поля дисперсионной функцией достигается экстремум, что приводит к снижению чувствительности кольцевого лазера к внешним магнитным полям и изменениям температуры. [3]

Суть изобретения заключается в следующем:

В предложенном способе измерения угловых перемещений зеемановским лазерным гироскопом, производятся при создании частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера, напряженность которого определяют по формуле:

где

Н - напряженность магнитного поля, А/м;

ku - допплеровский параметр, с^-1;

k - волновое число излучения кольцевого лазера, м^-1;

u - средняя тепловая скорость атомов активной среды, м/с;

μ_Б - магнетон Бора, Дж/Тл;

μ₀ - магнитная постоянная, Гн/м;

- постоянная Планка, Дж*с.

В случае He-Ne среды для перехода с длиной волны 0,63 мкм при нормальных внешних условиях в кольцевом резонаторе напряженность магнитного поля, требуемая для максимального снижения чувствительности гироскопа к магнитному шуму и тепловому дрейфу, соответствует 28.9 кА/м.

Достоинствами использования магнитного поля данного значения является снижение влияния внешних магнитных полей и снижение температурного дрейфа частотной подставки.

Проведем оценку снижения чувствительности кольцевого лазера при наложении на его активную среду магнитного поля оптимальной напряженности и его стабилизации с точностью в 1%.

Дисперсионная зависимость показателя преломления активной среды кольцевого лазера описывается функцией:

где

n - показатель преломления активной газовой среды,

- расстройка резонатора,

Для данной функции оптимальным значением является _o=0,707. При расстройке резонатора в 1% относительно _o, показатель преломления изменится на 1,721×10^-4 единиц, а при расстройке резонатора в 1% относительно нулевого значения функции, показатель преломления изменится на 5,656×10^-2 единиц. Оценка показывает, что при стабилизации магнитного поля подставки вблизи оптимального значения с точностью 1% ошибка, вызванная внешним магнитным полем может быть уменьшена более чем в 300 раз.

Источники информации

1. Aronowitz. The Laser Gyro, in Laser Application, New York, Academic Press, 1971, p. 133.

2. В.В. Азарова, Ю.Д. Голяев, В.Г. Дмитриев, М.С. Дроздов, А.А. Казаков, А.В. Мельников, М.М. Назаренко, В.Н. Свирин, Т.И. Соловьева, Н.В. Тихменев. Zeeman Laser Gyroscops, Research and Technology Organisation, May, 1999 - прототип.

3. У. Лэмб. Теория оптических мазеров. В сб. квантовая оптика и квантовая радиофизика. Издательство «Мир», Москва, 1966.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Способ измерения угловых перемещений зеемановским лазерным гироскопом включает в себя создание частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера с эллиптической или круговой поляризацией излучения в активном элементе кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, при этом напряженность магнитного поля устанавливают близкой к значению, при котором достигается экстремум в зависимости показателя преломления активной среды от напряженности магнитного поля. Технический результат – уменьшение ошибки измерений угловых перемещений лазерным гироскопом.

Способ измерения угловых перемещений зеемановским лазерным гироскопом, включающий создание частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, отличающийся тем, что для создания частотной подставки используют магнитное поле, напряженность которого близко к значению:

где

Н - напряженность магнитного поля, А/м;

ku - допплеровский параметр, с^-1;

k - волновое число излучения кольцевого лазера, м^-1;

u - средняя тепловая скорость атомов активной среды, м/с;

μ_Б - магнетон Бора, Дж/Тл;

μ₀ - магнитная постоянная, Гн/м;

- постоянная Планка, Дж*с.