Способ и устройство для выделения информации о вращении в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе Российский патент 2023 года по МПК G01C19/66 

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

Известны способ и устройство получения информации о вращении лазерного гироскопа с фарадеевским невзаимным устройством на основе постоянного магнита [1]. В них для получения информации о вращении используется оптический смеситель, фотоприемники, выходы которых подключены к входам устройства электронного разделения мод, выход устройства электронного разделения мод подключен к управляющим входам пьезоприводов зеркал кольцевого лазера через последовательно соединенные преобразователь среднеквадратичного значения амплитуд сигналов в уровни постоянного тока, разностный усилитель, интегратор и оконечный усилитель.

Недостатком этого способа и устройства является то, что они работают в лазерном гироскопе с фарадеевским невзаимным устройством на основе постоянного магнита, которое создает постоянную частотную подставку, и непригодно для лазерного гироскопа с зеемановским невзаимным устройством, которое создает знакопеременную частотную подставку.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемым способу и устройству является способ и устройство регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа [2].

В этом способе в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе получают синусно-косинусные сигналы гетеродинирования частот биений встречных волн двух продольных ортогональных мод при помощи оптического смесителя, разделяют сигналы биений этих мод, подсчитывают за каждый полупериод синхросигнала число импульсов частоты биений мод при помощи блока счетчиков, вычисляют частоты вращения и сигнала расстройки периметра с помощью процессора.

Недостатком этого способа является то, что для оптического разделения сигналов биений встречных волн продольных ортогональных мод используется сложная конструкция оптического смесителя (содержащего специальные оптические компенсаторы и поляризационно-анизотропные элементы). Сложная конструкция оптического смесителя приводит к дополнительным потерям выходной мощности и обратному рассеянию света, а также удорожанию устройства.

Известное устройство регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа [2] включает фотоприемники выходного излучения кольцевого лазера, оснащенного четырьмя зеркалами, первое и второе из которых выполнены с пьезоприводом, третье является отражающим, а на четвертом установлен оптический смеситель, формирующий выходное излучение кольцевого лазера, а также блоком частотной подставки, катушки которого включены в плечи кольцевого лазера, и генератором синхроимпульсов, первый выход которого соединен с входом блока частотной подставки, блок счетчиков импульсов сигналов частот биений встречных волн продольных ортогональных мод, процессор, первый вход которого соединен с выходом блока счетчиков, а второй вход соединен со вторым выходом генератора синхроимпульсов, цифро-аналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом процессора, и усилитель, вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, а выход соединен с управляющими входами пьезоприводов первого и второго зеркал кольцевого лазера.

Недостатком известного устройства является необходимость использования кольцевого лазера с малым углом падения на зеркало с оптическим смесителем, а также сложная конструкция оптического смесителя. Получение малого угла падения на выходное зеркало сопряжено со значительным уменьшением масштабного коэффициента лазерного гироскопа или с нарушением симметрии резонатора.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности использования кольцевого лазера с большим углом падения и упрощенной конструкции оптического смесителя.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа, включающем получение синусно-косинусных сигналов гетеродинирования частот биений встречных волн двух продольных ортогональных мод при помощи оптического смесителя, разделение сигналов биений этих мод, подсчет за каждый полупериод синхросигнала числа импульсов частоты биений мод при помощи блока счетчиков, вычисление частоты вращения и сигнала расстройки периметра с помощью процессора, с помощью устройства электронного разделения мод синусно-косинусные сигналы гетеродинирования частот биений мод преобразуют в два сигнала, в одном из которых в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, во втором сигнале в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды и учитывают чередование сигналов в процессоре при вычислении частоты вращения и сигнала расстройки периметра.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа, включающем фотоприемники выходного излучения кольцевого лазера, оснащенного четырьмя зеркалами, первое и второе из которых выполнены с пьезоприводом, третье является отражающим, а на четвертом установлен оптический смеситель, формирующий выходное излучение кольцевого лазера, а также блоком частотной подставки, катушки которого включены в плечи кольцевого лазера, и генератором синхроимпульсов, первый выход которого соединен с входом блока частотной подставки, блок счетчиков импульсов сигналов частот биений встречных волн продольных ортогональных мод, процессор, первый вход которого соединен с выходом блока счетчиков, второй вход соединен со вторым выходом генератора синхроимпульсов, цифро-аналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом процессора, и усилитель, вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, выход соединен с управляющими входами пьезоприводов первого и второго зеркал кольцевого лазера, выходы фотоприемников соединены со входами дополнительно установленного устройства электронного разделения сигналов биений встречных волн продольных ортогональных мод, выходы этого устройства соединены со входом блока счетчиков.

Суть предлагаемого способа заключается в том, что для выделения информации о вращении в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе с помощью устройства электронного разделения мод синусно-косинусные сигналы гетеродинирования частот биений мод преобразуют в два сигнала, в одном из которых в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, во втором сигнале в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды и учитывают чередование сигналов в процессоре при вычислении частоты вращения и сигнала расстройки периметра.

Предложенное устройство поясняется чертежом. На чертеже представлены:

на фиг. 1 - функциональная схема устройства выделения информации о вращении в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе;

на фиг. 2 - структурная схема устройства электронного разделения мод;

на фиг. 3 - входные сигналы гетеродинирования частот биений встречных волн продольных ортогональных мод;

на фиг. 4 - выходные сигналы устройства электронного разделения мод;

Устройство для выделения информации о вращении в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе (фиг. 1) содержит кольцевой лазер 1, включающий фотоприемники 2 выходного излучения, оснащенный четырьмя зеркалами, первое 3 и второе 4 из которых выполнены с пьезоприводом, третье 5 является отражающим, а на четвертом 6 установлен оптический смеситель 7, формирующий выходное излучение кольцевого лазера, блок 8 частотной подставки с катушками 9, генератор синхроимпульсов 10, блок 11 счетчиков импульсов сигналов частот биений встречных волн продольных ортогональных мод, процессор 12, цифро-аналоговый преобразователь 13, усилитель 14 и устройство 15 электронного разделения сигналов биений встречных волн продольных ортогональных мод.

Предлагаемое устройство для выделения информации о вращении в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе работает следующим образом. Выходной синусно-косинусный сигнал гетеродинирования частот биений встречных волн двух продольных ортогональных мод с фотоприемников 7 поступает на вход устройства 9 электронного разделения мод. Устройство 9 электронного разделения мод состоит из фазосдвигающих интегрирующих и дифференцирующих RC-цепей, каждая из которых осуществляет сдвиг фазы сигнала на (фиг. 2). Синусно-косинусные сигналы гетеродинирования частот биений мод преобразуются в два сигнала, в одном из которых в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, во втором сигнале в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды. При помощи блока 14 счетчиков производят подсчет за каждый полупериод синхросигнала числа импульсов частоты биений мод, а с помощью процессора 15 учитывают чередование сигналов при вычислении частоты вращения и сигнала расстройки периметра.

Эффективность предложенного способа и работоспособность представленного устройства подтверждена компьютерным моделированием синусно-косинусных сигналов гетеродинирования частот биений встречных волн двух продольных ортогональных мод с фотоприемников, и их последующего прохождения через устройство электронного разделения мод. При наличии данных сигналов (фиг. 3) на входе электронного устройства разделения мод (фиг. 2), на выходе этого устройства формируются гармонические сигналы с частотой биений первой и второй моды (фиг. 4). В течение первого полупериода синхросигнала формируется сигнал первой моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируется сигнал второй моды, во втором сигнале в течение первого полупериода синхросигнала формируется сигнал второй моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируется сигнал первой моды. Таким образом, предложенные способ и устройство позволяют использовать кольцевой лазер с большим углом падения и упросить конструкцию оптического смесителя.

Источники информации

1. Пат. US 5116132, G01B 9/02, 356/350 Ring laser gyroscope output optic detection system / Robert A. Mitchell, David B. Hall, Kenneth W. Shafer: Litton Systems, Inc - заявл. 12.01.1990; опубл. 26.05.1992, 20 с.: 8 ил.

2. Пат.2744420 Российская Федерация, МПК G01C 19/66, G01R 29/02, H01S 3/086. Устройство регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа / Горшков В.Н., Колбас Ю.Ю., Савельев И.И., Дронов И.В., Иванов М.А., Вареник А.И.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха". - Заявка №2020121811; заявл. 02.07.20; опубл. 09.03.21, Бюл. №7. - 11 с.: 4 ил.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Технический результат заключается в том, что изобретение позволяет использовать кольцевой лазер с большим углом падения и упростить конструкцию оптического смесителя. Способ выделения информации о вращении в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе включает получение синусно-косинусных сигналов гетеродинирования частот биений встречных волн двух продольных ортогональных мод при помощи оптического смесителя, разделение сигналов биений этих мод, подсчет за каждый полупериод синхросигнала числа импульсов частоты биений мод при помощи блока счетчиков, вычисление частоты вращения и сигнала расстройки периметра с помощью процессора, при этом с помощью устройства электронного разделения мод синусно-косинусные сигналы гетеродинирования частот биений мод преобразуют в два сигнала, в одном из которых в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, во втором сигнале в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды и учитывают чередование сигналов в процессоре при вычислении частоты вращения и сигнала расстройки периметра. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ выделения информации о вращении в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе, включающий получение синусно-косинусных сигналов гетеродинирования частот биений встречных волн двух продольных ортогональных мод при помощи оптического смесителя, разделение сигналов биений этих мод, подсчет за каждый полупериод синхросигнала числа импульсов частоты биений мод при помощи блока счетчиков, вычисление частоты вращения и сигнала расстройки периметра с помощью процессора, отличающийся тем, что с помощью устройства электронного разделения мод синусно-косинусные сигналы гетеродинирования частот биений мод преобразуют в два сигнала, в одном из которых в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, во втором сигнале в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды и учитывают чередование сигналов в процессоре при вычислении частоты вращения и сигнала расстройки периметра.

2. Устройство для выделения информации о вращении в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе, включающее фотоприемники выходного излучения кольцевого лазера, оснащенного четырьмя зеркалами, первое и второе из которых выполнены с пьезоприводом, третье является отражающим, а на четвертом установлен оптический смеситель, формирующий выходное излучение кольцевого лазера, а также блоком частотной подставки, катушки которого включены в плечи кольцевого лазера, и генератором синхроимпульсов, первый выход которого соединен с входом блока частотной подставки, блок счетчиков импульсов сигналов частот биений встречных волн продольных ортогональных мод, процессор, первый вход которого соединен с выходом блока счетчиков, второй вход соединен со вторым выходом генератора синхроимпульсов, цифро-аналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом процессора, и усилитель, вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, выход соединен с управляющими входами пьезоприводов первого и второго зеркал кольцевого лазера, отличающееся тем, что выходы фотоприемников соединены со входами дополнительно установленного устройства электронного разделения сигналов биений встречных волн продольных ортогональных мод, выходы этого устройства соединены со входом блока счетчиков.