МАЛОГАБАРИТНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ ЛАЗЕР Российский патент 2024 года по МПК G01C19/70 

Изобретение относится к измерительной гироскопической технике и может быть использовано, например, в системах навигации.

Известен кольцевой лазер на базе планарного оптического резонатора состоящий из корпуса, в котором выполнено отверстие для монтажа на виброподвес. В корпусе планарного резонатора внутри выполнен магистральный канал, проходящий по периметру корпуса, а на боковых гранях корпуса установлены отражающие элементы, сообщающиеся с магистральным каналом посредством пазух. По меньшей мере на одном отражающем элементе установлена призма, на которой установлен по меньшей мере один фотоприемник, и по меньшей мере на одном отражающем элементе установлен пьезодвигатель. На боковых гранях корпуса установлен один катод, два анода, один из которых анод-штенгель, причем указанные один катод и два анода сообщаются с магистральным каналом посредством пазух, виброподвес, обеспечивающий раскачку кольцевого лазера за счет изгибных колебаний плоских пружин, информационного и мощностного фотоприемников, пьезоэлектрического преобразователя и смесительной призмы. В корпусе кольцевого лазера, в стенках отверстия для крепления корпуса резонатора на виброподвес, выполнены четыре паза, расположенные таким образом, что обеспечивается крепление плоских пружин опоры в упомянутых пазах (патент RU 2617541 С1).

Недостатком этого решения является недостаточная жесткость корпуса по отношению к механическим напряжениям, что приводит к снижению уровня точности измерения и неработоспособности кольцевого лазера в области отрицательных температур из-за механической деформации корпуса.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности полезного сигнала кольцевого лазера, особенно при пониженных температурах.

Поставленная задача решается путем применения малогабаритного кольцевого лазера (далее МКЛ), который включает виброподвес и планарный оптический резонатор. Планарный оптический резонатор включает корпус, в котором выполнено отверстие для монтажа на виброподвес.Соединение корпуса планарного оптического резонатора и виброподвеса производится склейкой по отдельным сегментам, не подверженным механической деформации.

В качестве примера МКЛ можно привести МКЛ по патенту RU 2617541 С1, или любой другой МКЛ. МКЛ состоит из планарного резонатора в корпусе которого выполнен магистральный канал, проходящий по периметру корпуса, а на боковых гранях корпуса установлены отражающие элементы, сообщающиеся с магистральным каналом посредством пазух. На отражающем элементе установлена призма с фотоприемником, и, по меньшей мере, на одном отражающем элементе установлен пьезодвигатель. Так же, на боковых гранях корпуса, установлен катод и два анода, один из которых анод-штенгель. Указанные катод и аноды сообщаются с магистральным каналом посредством пазух.

Предпочтительно, виброподвес собой цилиндрический корпус, замыкающий плоские пружины (лопасти). Количество лопастей может быть, как четным, так и нечетным, но не меньше трех и определяется геометрией резонатора.

Виброподвес, обеспечивает раскачку кольцевого лазера за счет изгибных колебаний плоских пружин (лопастей). В корпусе кольцевого лазера, в стенках отверстия для крепления корпуса резонатора на виброподвес, выполнены паза по количеству лопастей, напротив лопастей, что обеспечивает уменьшение механической деформации корпуса МКЛ.

Соединение планарного оптического резонатора с виброподвесом показано на рис. 1 и 2.

В корпус планарного оптического резонатора 1 вставлен цилиндрический корпус виброподвеса 2, который замыкает плоские пружины (лопасти) 3. Крепление виброподвеса 4 придает дополнительную жесткость корпусу 2.

Работа МКЛ происходит следующим образом.

Для возбуждения и поддержания разряда в МКЛ 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 резонатора). Активная среда -газовая смесь изотопов He3:Ne20:Ne22=40:1:1 при давлении 667…1340 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 100 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 создают вибрационную частотную подставку, для чего корпусу оптического планарного резонатора придают вращательные колебания. Вращательные колебания планарного оптического резонатора происходят на резонансной частоте виброподвеса, которая определяется конструкцией виброподвеса и выбирается в пределах 430…570 Гц. Для исключения влияния вибрационной частотной подставки на полезный сигнал, производится вычет сигнала относительного движения корпуса планарного оптического резонатора из выходного сигнала МКЛ, предпочтительно, с датчика относительного движения, в качестве которого может быть использован любой тип датчика, позволяющий измерять параметры относительного движения.

Виброподвес, с увеличенной резонансной частотой, изготовлен из специального сплава, например, инвара, имеющего ТКЛР приближенный к материалу корпуса планарного кольцевого оптического резонатора, например, стеклокерамика типа СО-115М или любая другая оптическая стеклокерамика. Механическое соединение виброподвеса и корпуса планарного кольцевого оптического резонатора производят с помощью клея, например, ВК-27. При этом крепежный шов 7 обеспечивается наличием зазора между наружным диаметром виброподвеса 6 и диаметром отверстия в корпусе планарного кольцевого оптического резонатора. Предпочтительная величина зазора должна быть 0,03…0,04 мм между радиусами соединяемых поверхностей, на протяжении каждого из сегментов, а также необходимой шероховатостью поверхностей 1а и 8 не меньше чем Ra 0,80.

При этом места приклейки расположены в верхней и нижней части отверстия и имеют форму сегментов и не подверженны механической деформации 5, определяемых конструкцией внешней цилиндрической поверхности виброподвеса (см. рис. 2) и соответствующими выборками 6 в корпусе планарного кольцевого оптического резонатора.

Сегмент корпуса 5, не подверженный механической деформации начинается в районе 5-6 мм от лопасти виброподвеса 3.

Склейка по сегментам 5 цилиндрической поверхности уменьшает механические напряжения, возникающие в корпусе резонатора 1 под воздействием изгибных колебаний лопастей виброподвеса 3, что обеспечивает повышении точности полезного сигнала малогабаритного кольцевого лазера. Также такая склейка нивиллирует механические напряжения, возникающие в корпусе резонатора

Устранение влияния механической деформации, возникающей при вращательных колебаниях виброподвеса, на корпус планарного оптического резонатора происходит за счет выбранного сочетания поверхностей приклейки - сегментов в верхней и нижней частях корпуса виброподвеса, шириной 5…6 мм, в сочетании с соответствующими выборками в корпусе планарного кольцевого оптического резонатора и наличием плоских поверхностей на наружном диаметре виброподвеса. В местах максимальной механической деформации виброподвеса (лопасти) обеспечивается отсутствие соединения с корпусом планарного оптического резонатора, за счет выборки на наружном диаметре виброподвеса. Сегмент корпуса, не подверженный механической деформации, составляет 15%-20% от длины окружности внешней цилиндрической поверхности виброподвеса.

Измерение относительного движения планарного оптического резонатора осуществляется посредством датчика углового положения, реализованного в виде, по меньшей мере, одной пьезоэлектрической пластины расположенной, по меньшей мере, на одной из лопастей виброподвеса.

Соединение корпуса планарного оптического резонатора и виброподвеса склейкой по сегментам, не подверженным механической деформации позволяет увеличить точность МКЛ по сравнению с прототипом на %. Также в отличие от прототипа, который сохраняет свои точностные характеристики во время работы при температуре окружающей среды до -10°С, описанный в заявляемом изобретении прибор сохраняет свои точностные характеристики во время работы при температуре окружающей среды до -60°С.

Изобретение относится к измерительной гироскопической технике. Предлагается малогабаритный кольцевой лазер, включающий виброподвес и планарный оптический резонатор, состоящий из корпуса, в котором выполнено отверстие для монтажа на виброподвес, при этом соединение корпуса планарного оптического резонатора и виброподвеса производят склейкой по отдельным сегментам, не подверженным механической деформации, при этом крепёжный шов обеспечивают наличием зазора размером от 0,03-0,04 мм на протяжении каждого из сегментов между наружным диаметром виброподвеса и диаметром отверстия в корпусе планарного кольцевого оптического резонатора, а шероховатость поверхностей - не меньше чем Ra 0,80. Технический результат - повышение точности полезного сигнала кольцевого лазера при пониженных температурах. 2 ил.

Малогабаритный кольцевой лазер, включающий виброподвес и планарный оптический резонатор, состоящий из корпуса, в котором выполнено отверстие для монтажа на виброподвес, отличающийся тем, что соединение корпуса планарного оптического резонатора и виброподвеса производят склейкой по отдельным сегментам, не подверженным механической деформации, при этом крепёжный шов обеспечивают наличием зазора размером от 0,03-0,04 мм на протяжении каждого из сегментов между наружным диаметром виброподвеса и диаметром отверстия в корпусе планарного кольцевого оптического резонатора, а шероховатость поверхностей - не меньше чем Ra 0,80.