Система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа Российский патент 2020 года по МПК G01R29/02 

Изобретение относится к гироскопам и измерительной технике и может быть использовано для регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа (ЗЛГ).

Известно устройство [RU 2270454, С2, G01R 25/00, G01R 27/28, 22.02.2006], содержащее два двухканальных мультиплексора, выходы которых подключены к входам измерителя временных сдвигов, выход измерителя временных сдвигов подключен к входу блока вычисления оценки разности группового времени запаздывания, входы одного из мультиплексоров подключаются к входам исследуемого усилителя, а входы другого мультиплексора - к выходам усилителя, при этом разность группового времени запаздывания сигналов, поступающих с выходов тестируемого усилителя, измеряется путем поочередного измерения запаздывания, возникающего в каждом из каналов усилителя.

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности.

Известно также устройство [RU 136586, U1, G01R 29/02, H01S 3/083, 10.01.2014], содержащее первый делитель напряжения, коробку соединительную, первый и второй входы которой соединены с первым и вторым выходами датчика лазерных гироскопов, а группа входов соединена с группой выходов первого делителя напряжения, второй делитель напряжения, группа входов которого соединена с группой входов датчика лазерных гироскопов и с группой выходов коробки соединительной, выход которой соединен с входом второго делителя напряжения, а также осциллограф, первый вход которого соединен с выходом первого делителя напряжения, а второй и третий входы соединены с первым и вторым выходами второго делителя напряжения соответственно.

Недостатком этого устройства также является относительно узкие функциональные возможности.

Кроме указанных выше, известна система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа [Система регулировки периметра для зеемановского кольцевого лазера с настройкой на продольную моду с заданной четностью. Электронная техника. Лазерная техника и оптоэлектроника. Вып. 1(57), 1991, стр. 68], включающая фотоприемник излучения кольцевого лазера, вход которого является входом излучения кольцевого лазера, оснащенного пьезоприводом и содержащего блок частотной подставки, вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, а выход соединен с невзаимным устройством кольцевого лазера, включенным в его резонатор, синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом фотоприемника излучения кольцевого лазера, а второй вход является входом сигнала знакопеременной подставки, интегратор со сбросом, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, и усилитель, первый вход которого соединен с выходом интегратора со сбросом, а выход соединен с пьезоприводом кольцевого лазера.

Эта система является замкнутой системой регулирования, использующая в качестве сигнала рассогласования сигнал интенсивности излучения в одном луче кольцевого лазера, а в качестве регулирующего элемента пьезоэлектрический привод кольцевого лазера.

Недостатком этой системы является относительно низкая точность, вызванная возникновением разности интенсивностей встречных волн, причиной которой, в частности, является анизотропия круговой поляризации встречных волн и неравенство коэффициента рассеяния встречных волн в резонаторе.

Наиболее близким по технической сущности к предложенной является система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа [RU 2589756, C1, G01R 29/02, H01S 3/083, 10.07.2016], включающая фотоприемник излучения кольцевого лазера, вход которого является входом излучения кольцевого лазера, оснащенного пьезоприводом и содержащего блок частотной подставки, вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, а выход соединен с невзаимным устройством кольцевого лазера, включенным в его резонатор, первый синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом фотоприемника излучения кольцевого лазера, а второй вход является входом сигнала знакопеременной подставки, интегратор со сбросом, вход которого соединен с выходом первого синхронного детектора, и усилитель, первый вход которого соединен с выходом интегратора со сбросом, а выход соединен с пьезоприводом кольцевого лазера, второй синхронный детектор, первый вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, а второй вход соединен с выходом усилителя, интегратор, вход которого соединен с выходом второго синхронного детектора, и синхронный модулятор, первый вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, второй вход соединен с выходом интегратора, а выход соединен со вторым входом усилителя.

Эта система хорошо работает для ЗЛГ с одноизотопной по неону активной средой, поскольку рабочая точка совпадает с максимумом частотной подставки и тем самым обеспечивается минимальная вибрационная ошибка ΔΩ_в, зависящая от величины статической расстройки Δλ₀ [Особенности работы системы регулировки периметра резонатора и вибрационная ошибка зеемановского лазерного гироскопа на 50% смеси изотопов неона. «Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана», сер. Приборостроение, №6, 2018, с. 75-86]:

где Т - период коммутации подставки, ν - частота вибрации, ΔL - амплитуда вибрационного изменения периметра резонатора, f_o - амплитуда частотной подставки при ΔL=0, χ - константа, зависящая от амплитуды частотной подставки, усиления активной среды, уровня потерь в резонаторе, ϕ₀ - разность фаз между механической вибрацией и знакопеременным током блока частотной подставки (БЧП).

Однако, для ЗЛГ с двухизотопной по неону активной средой, минимумы А_пер и частотной подставки f от относительной расстройки периметра резонатора ЗЛГ Δλ_п не совпадают: (статья та же) и Δλ₀ оказывается не равным нулю, что существенно, до 5 раз, увеличивает вибрационную ошибку.

Задачей, которая решается в предложенном изобретении, является повышение точности регулировки для ЗЛГ с двухизотопной по неону активной средой или аналогичных им.

Требуемый технический результат заключается в повышении точности регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в систему, включающую первое зеркало с пьезоприводом, включенное в кольцевой лазер, содержащий отражающее зеркало, а также блок частотной подставки, катушки которого включены в плечи кольцевого лазера, и генератор синхроимпульсов, выход которого соединен с входом блока частотной подставки, согласно изобретению, введены включенные в кольцевой лазер второе зеркало с пьезоприводом и оптический смеситель, также делитель частоты импульсов на 2, вход которого соединен с выходом генератора синхроимпульсов, а выход соединен с управляющим входом второго зеркала с пьезоприводом, а также последовательно соединенные блок счетчиков импульсов сигналов Sin и Cos за текущий и предыдущий такты сигнала генератора синхроимпульсов, вход которого соединен с выходом оптического смесителя, процессор, выполненный с возможностью подсчета разности импульсов сигналов Sin и Cos за текущий и предыдущий такты сигнала генератора синхроимпульсов и выработки сигнала управления, пропорционального этой разности, цифроаналоговый преобразователь и усилитель, выход которого соединен с управляющим входом первого зеркала с пьезоприводом.

На чертеже представлена функциональная схема системы регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа.

Система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа содержит первое зеркало с пьезоприводом 1, входящее в кольцевой лазер 2, содержащий отражающее зеркало 3.

Система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа содержит также блок 4 частотной подставки, катушки 5 которого намотаны на плечи кольцевого лазера 2 и генератор 6 синхроимпульсов, выход которого соединен с входом блока 4 частотной подставки.

Кроме того, система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа содержит входящее в кольцевой лазер 2 второе зеркало с пьезоприводом 7 и оптический смеситель 8, также делитель 9 частоты импульсов на 2, вход которого соединен с выходом генератора 6 синхроимпульсов, а выход соединен с управляющим входом второго зеркала 7 с пьезоприводом.

Помимо указанного выше, система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа содержит последовательно соединенные блок 10 счетчиков импульсов сигналов Sin и Cos за текущий и предыдущий такты сигнала генератора синхроимпульсов, вход которого соединен с выходом оптического смесителя 8, процессор 11, выполненный с возможностью подсчета разности импульсов сигналов Sin и Cos за текущий и предыдущий такты сигнала генератора синхроимпульсов и выработки сигнала управления, пропорционального этой разности, цифроаналоговый преобразователь 12 и усилитель 13, выход которого соединен с управляющим входом первого зеркала с пьезоприводом 1.

Работает система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа следующим образом.

Сигнал от делителя 9 частоты на 2 поступает на управляющий вход втрого зеркала с пьезопрводом 7, вызывая небольшую (до 0,01λ) модуляцию периметра кольцевого лазера 2. За один такт Т сигнала блока 4 частотной подставки периметр увеличивается, за другой уменьшается. Счетчики подсчитывают количество импульсов сигналов Sin и Cos за текущий и предыдущий такты, процессор рассчитывает разность между числом импульсов за текущий и предыдущий такты и изменяет напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 12 так, чтобы разность количества импульсов была равна нулю. В результате статическая расстройка периметра для любого типа зеемановских лазерных гироскопов стремится к нулю, что приводит к существенному уменьшению вибрационной ошибки, чем и достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении точности регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа.

Изобретение относится к гироскопам и измерительной технике и может быть использовано для регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа. Система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа дополнительно содержит включенные в кольцевой лазер второе зеркало с пьезоприводом и оптический смеситель, делитель частоты импульсов на два, вход которого соединен с выходом генератора синхроимпульсов, а выход соединен с управляющим входом второго зеркала с пьезоприводом, последовательно соединенные блок счетчиков импульсов сигналов Sin и Cos за текущий и предыдущий такты сигнала генератора синхроимпульсов, вход которого соединен с выходом оптического смесителя, процессор, выполненный с возможностью подсчета разности импульсов сигналов Sin и Cos за текущий и предыдущий такты сигнала генератора синхроимпульсов и выработки сигнала управления, пропорционального этой разности, цифроаналоговый преобразователь и усилитель, выход которого соединен с управляющим входом первого зеркала с пьезоприводом. Технический результат - повышение точности регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа. 1 ил.

Система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа, включающая первое зеркало с пьезоприводом, включенное в кольцевой лазер, содержащий отражающее зеркало, а также блок частотной подставки, катушки которого включены в плечи кольцевого лазера, и генератор синхроимпульсов, выход которого соединен с входом блока частотной подставки, отличающаяся тем, что введены включенные в кольцевой лазер второе зеркало с пьезоприводом и оптический смеситель, также делитель частоты импульсов на два, вход которого соединен с выходом генератора синхроимпульсов, а выход соединен с управляющим входом второго зеркала с пьезоприводом, а также последовательно соединенные блок счетчиков импульсов сигналов Sin и Cos за текущий и предыдущий такты сигнала генератора синхроимпульсов, вход которого соединен с выходом оптического смесителя, процессор, выполненный с возможностью подсчета разности импульсов сигналов Sin и Cos за текущий и предыдущий такты сигнала генератора синхроимпульсов и выработки сигнала управления, пропорционального этой разности, цифроаналоговый преобразователь и усилитель, выход которого соединен с управляющим входом первого зеркала с пьезоприводом.