Резонатор лазерного гироскопа


 


Владельцы патента RU 2487317:

Открытое акционерное общество "Раменский приборостроительный завод" (ОАО "РПЗ") (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения угловой скорости, выполненным на кольцевых лазерах. Резонатор лазерного гироскопа содержит четырехугольный контур из выполненных в оптическом блоке четырех каналов. Концы смежных каналов выходят в одну из четырех областей оптического блока, а в месте расположения областей оптического блока установлены рефлекторы. Второй канал соединен с отверстием, предназначенным для установки первого анода, четвертый канал соединен с отверстием, предназначенным для установки второго анода, в оптическом блоке выполнено отверстие для установки катода. В каждом из второго и четвертого каналов резонатора выполнены несколько расположенных последовательно по длине канала и имеющих цилиндрическую форму проточек, диаметр каждой из которых больше диаметра канала. Изобретение обеспечивает повышение стабильности частоты оптических колебаний резонатора лазерного гироскопа. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения угловой скорости, выполненным на кольцевых лазерах.

Известен резонатор лазерного гироскопа [1], содержащий выполненные в оптическом блоке три канала, лежащие в разных плоскостях.

Наиболее близким по технической сущности является резонатор лазерного гироскопа [2], содержащий четырехугольный контур из расположенных один за другим первого, второго, третьего и четвертого каналов, выполненных в оптическом блоке и заполненных газовой смесью, причем первые концы первого и второго каналов выходят в первую область оптического блока, второй конец второго канала и первый конец третьего канала выходят во вторую область оптического блока, второй конец третьего канала и первый конец четвертого канала выходят в третью область оптического блока, вторые концы первого и четвертого каналов выходят в четвертую область оптического блока, в месте расположения первой области оптического блока установлен первый рефлектор, в месте расположения третьей области оптического блока установлен второй рефлектор, в месте расположения второй области оптического блока установлены третий рефлектор и оптическая призма, в месте расположения четвертой области оптического блока установлен четвертый рефлектор, второй канал соединен с отверстием, предназначенным для установки подключенного к источнику высоковольтного питания постоянного тока (ИВППТ) первого анода, четвертый канал соединен с отверстием, предназначенным для установки подключенного к ИВППТ второго анода, в оптическом блоке выполнено отверстие для установки подключенного к ИВППТ катода с возможностью передачи потенциала в первую и четвертую области оптического блока, второй и четвертый каналы.

Недостатком такого резонатора лазерного гироскопа является предпосылка для возникновения стратовых колебаний плазмы в лазерном гироскопе, изменяющих частоту оптического излучения.

Технический результат изобретения заключается в повышении стабильности частоты оптических колебаний резонатора лазерного гироскопа.

Данный технический результат достигается в резонаторе лазерного гироскопа, содержащем четырехугольный контур из расположенных один за другим первого, второго, третьего и четвертого каналов, выполненных в оптическом блоке и заполненных газовой смесью, причем первые концы первого и второго каналов выходят в первую область оптического блока, второй конец второго канала и первый конец третьего канала выходят во вторую область оптического блока, второй конец третьего канала и первый конец четвертого канала выходят в третью область оптического блока, вторые концы первого и четвертого каналов выходят в четвертую область оптического блока, в месте расположения первой области оптического блока установлен первый рефлектор, в месте расположения третьей области оптического блока установлен второй рефлектор, в месте расположения второй области оптического блока установлены третий рефлектор и оптическая призма, в месте расположения четвертой области оптического блока установлен четвертый рефлектор, второй канал соединен с отверстием, предназначенным для установки подключенного к источнику высоковольтного питания постоянного тока (ИВППТ) первого анода, четвертый канал соединен с отверстием, предназначенным для установки подключенного к ИВППТ второго анода, в оптическом блоке выполнено отверстие для установки подключенного к ИВППТ катода с возможностью передачи потенциала в первую и четвертую области оптического блока, второй и четвертый каналы, тем, что в каждом из второго и четвертого каналов резонатора выполнены несколько расположенных последовательно по длине канала и имеющих цилиндрическую форму проточек, диаметр каждой из которых больше диаметра канала.

В первом частном случае во втором канале первая проточка расположена от первой области оптического блока на расстоянии до трех диаметров канала, последняя проточка расположена от предназначенного для установки первого анода отверстия на расстоянии до трех диаметров канала, в четвертом канале первая проточка расположена от четвертой области оптического блока на расстоянии до трех диаметров канала, последняя проточка расположена от предназначенного для установки второго анода отверстия на расстоянии до трех диаметров канала.

Во втором частном случае расстояние между проточками составляет до трех диаметров канала.

В третьем частном случае диаметр проточки составляет от 1,2 до 1,5 диаметра канала.

В четвертом частном случае длина проточки составляет до двух диаметров канала.

В пятом частном случае диаметры проточек в каждом из каналов равны, а также равны длины проточек в каждом из каналов.

В шестом частном случае в обоих каналах резонатора равны расстояния между проточками, диаметры проточек, их длины и расстояния проточек от ближайших областей оптического блока и от предназначенных для установки анодов отверстий.

При выполнении в каждом из второго и четвертого каналов резонатора нескольких расположенных последовательно по длине канала и имеющих цилиндрическую форму проточек, диаметр каждой из которых больше диаметра канала, обеспечивается повышение стабильности частоты оптических колебаний резонатора лазерного гироскопа вследствие устранения областей локального повышения электрического потенциала, приводящего к образованию страт в столбе электрического разряда в газовой среде.

На фиг.1 представлен общий вид резонатора лазерного гироскопа.

Резонатор лазерного гироскопа (фиг.1) содержит оптический блок 1, в котором выполнен четырехугольный контур из расположенных один за другим первого 2, второго 3, третьего 4 и четвертого 5 каналов, заполненных гелий-неоновой газовой смесью. Первые концы первого 2 и второго 3 каналов выходят в первую область 6 оптического блока 1, второй конец первого канала 2 и первый конец третьего канала 4 выходят во вторую область 7 оптического блока 1. В третью область 8 оптического блока 1 выходят второй конец третьего канала 4 и первый конец четвертого канала 5, вторые концы первого 2 и четвертого 5 каналов выходят в четвертую область 9 оптического блока 1. В месте расположения первой области 6 оптического блока 1 установлен первый рефлектор 10, второй рефлектор 11 находится в месте расположения третьей области 8 оптического блока 1. В месте расположения второй области 7 оптического блока 1 установлены третий рефлектор 12 и оптическая призма 13. Четвертый рефлектор 14 установлен в четвертой области 9 оптического блока 1. Второй канал 3 соединен с отверстием 15, предназначенным для установки подключенного к ИВППТ первого анода. Соединенное с четвертым каналом 5 отверстие 16 предназначено для установки подключенного к ИВППТ второго анода. Отверстие 17 в оптическом блоке 1 для установки подключенного к ИВППТ катода образовано с выходом в первый канал 2, чтобы обеспечить возможность передачи потенциала в первую область 6 и второй канал 3, а также в четвертую область 9 и четвертый канал 5. Во втором канале 3 образованы проточки 18', 18″…18(n), а в четвертом канале 5 - проточки 19', 19″…19(n), имеющие цилиндрическую форму диаметром d1, составляющим от 1,2 до 1,5 диаметра d2 каналов. Проточки 18', 19' отстоят соответственно от входов в первую область 6 оптического блока 1 и во вторую область 7 оптического блока 1 на расстоянии l1, составляющем до 3d2. Проточки 18(n), 19(n) находятся на составляющем до 3d2 расстоянии l2 от отверстий 15 и 16 соответственно. Каждая из проточек 18', 18″…18(n), 19', 19″…19(n) отстоит от соседней проточки на расстоянии l3, составляющем до 3d2. Длина l4 каждой из проточек 18', 18″…18(n), 19', 19″…19(n) составляет до 2d2.

Резонатор лазерного гироскопа (фиг.1) работает следующим образом. При генерации в резонаторе оптических колебаний вследствие неоднородности газовой среды, технологических погрешностей выполнения резонатора возникают называемые стратами плазменные колебания, характеризующиеся чередованием светлых слоев с темными промежутками на длине четырех-пяти диаметров канала в столбе электрического разряда в газовой среде. Так как возникновение страт начинается в обращенной в сторону катода части второго канала 3 в области, где происходит повышение электрического потенциала, то при наличии в этой области проточки 18' вследствие местного увеличения объема плазмы в районе проточки 18' концентрация электронов уменьшается. По этой причине устраняются условия для повышения электрического потенциала в области проточки 18', что устраняет предпосылки для зарождения страт. Таким образом на длине второго канала 3 от его входа в первую область 6 оптического блока 1 до проточки 18″ во втором канале 3 не происходит образования страт. Точно так же в месте нахождения проточки 18″, месте возможного повышения электрического потенциала, вследствие локального увеличения объема плазмы уменьшается концентрация электронов, что препятствует повышению электрического потенциала в области проточки 18″ и далее до следующей проточки во втором канале 3. Теперь уже на длине второго канала 3 от его входа в первую область 6 оптического блока 1 до следующей проточки после проточки 18″ во втором канале 3 не происходит образования страт. При наличии проточек 18', 18″…18(n) во втором канале 3 по всей его длине не создаются условия для образования страт. Аналогичным образом не создаются условия для образования страт в четвертом канале 5, в котором образованы проточки 19', 19″…19(n).

Отсутствие страт в столбе электрического разряда в газовой среде во втором 3 и четвертом 5 каналах резонатора лазерного гироскопа приводит к устранению процесса появления локальных неоднородностей электрического потенциала в столбе электрического разряда, вызывающих нестабильность частоты оптических колебаний. Таким образом при устранении условий для образования страт повышается стабильность частоты оптических колебаний в резонаторе лазерного гироскопа.

Источники информации

1. Патент США №4627732, кл. G01C 19/64, НКИ 356/350. Mode Discrimination Apparatus. 1986 г.

2. Патент РФ №2364837 C1, кл. G01C 19/66. Лазерный гироскоп. 2008 г.

1. Резонатор лазерного гироскопа, содержащий четырехугольный контур из расположенных один за другим первого, второго, третьего и четвертого каналов, выполненных в оптическом блоке и заполненных газовой смесью, причем первые концы первого и второго каналов выходят в первую область оптического блока, второй конец второго канала и первый конец третьего канала выходят во вторую область оптического блока, второй конец третьего канала и первый конец четвертого канала выходят в третью область оптического блока, вторые концы первого и четвертого каналов выходят в четвертую область оптического блока, в месте расположения первой области оптического блока установлен первый рефлектор, в месте расположения третьей области оптического блока установлен второй рефлектор, в месте расположения второй области оптического блока установлены третий рефлектор и оптическая призма, в месте расположения четвертой области оптического блока установлен четвертый рефлектор, второй канал соединен с отверстием, предназначенным для установки подключенного к источнику высоковольтного питания постоянного тока (ИВППТ) первого анода, четвертый канал соединен с отверстием, предназначенным для установки подключенного к ИВППТ второго анода, в оптическом блоке выполнено отверстие для установки подключенного к ИВППТ катода с возможностью передачи потенциала в первую и четвертую области оптического блока, второй и четвертый каналы, отличающийся тем, что в каждом из второго и четвертого каналов резонатора выполнены несколько расположенных последовательно по длине канала и имеющих цилиндрическую форму проточек, диаметр каждой из которых больше диаметра канала.

2. Резонатор лазерного гироскопа по п.1, отличающийся тем, что во втором канале первая проточка расположена от первой области оптического блока на расстоянии до трех диаметров канала, последняя проточка расположена от предназначенного для установки первого анода отверстия на расстоянии до трех диаметров канала, в четвертом канале первая проточка расположена от четвертой области оптического блока на расстоянии до трех диаметров канала, последняя проточка расположена от предназначенного для установки второго анода отверстия на расстоянии до трех диаметров канала.

3. Резонатор лазерного гироскопа по п.1, отличающийся тем, что расстояние между проточками составляет до трех диаметров канала.

4. Резонатор лазерного гироскопа по п.2, отличающийся тем, что диаметр проточки составляет от 1,2 до 1,5 диаметра канала.

5. Резонатор лазерного гироскопа по п.3, отличающийся тем, что длина проточки составляет до двух диаметров канала.

6. Резонатор лазерного гироскопа по п.4, отличающийся тем, что диаметры проточек в каждом из каналов равны, а также равны длины проточек в каждом из каналов.

7. Резонатор лазерного гироскопа по пп.1 и 5, отличающийся тем, что в обоих каналах резонатора равны расстояния между проточками, диаметры проточек, их длины и расстояния проточек от ближайших областей оптического блока и от предназначенных для установки анодов отверстий.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к оптическим схемам преобразователей угловой скорости на кольцевых лазерах. .

Изобретение относится к лазерным гироскопам и предназначено для увеличения срока службы трехосного гироскопа. .

Изобретение относится к твердотельным лазерным гироскопам, предназначенным для измерения скорости вращения или относительных угловых положений, и используется, в частности, в области аэронавигации.

Изобретение относится к твердотельным лазерным гироскопам, предназначенным для измерения скорости вращения или относительных угловых положений, и может быть использовано, в частности, в области аэронавигации.

Изобретение относится к области твердотельных лазерных гироскопов, используемых в инерциальных системах, в частности в авиационных. .

Изобретение относится к области твердотельных лазерных гироскопов, используемых для измерения скоростей вращения или угловых положений, в частности, в аэронавтике.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно устройствам для измерения угловой скорости, выполненным на кольцевых лазерах. .

Изобретение относится к твердотельным гиролазерам. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к гироскопическим преобразователям угловой скорости на кольцевых лазерах. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к гироскопическим преобразователям угловой скорости, выполненным на кольцевых лазерах. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения угловой скорости, выполненным на кольцевых лазерах в системах ориентации и навигации подвижных объектов

Способ позиционирования трех передвижных зеркал в лазерном гирометре, содержащем три кольцевых лазерных резонатора, осуществляется при запуске гирометра. Каждый из резонаторов содержит среду, возбуждаемую для генерирования световых волн. Каждый из резонаторов образован набором зеркал, включающим два передвижных зеркала. Каждое из трех передвижных зеркал участвует в образовании двух резонаторов. Осуществляют предварительное позиционирование трех зеркал. Осуществляют перемещение одновременно трех зеркал с одинаковой амплитудой, меньшей или равной промежуточной моде резонатора, таким образом, чтобы каждый из резонаторов проходил через длину, при которой обеспечивается максимальное усиление. Интенсивность волн, проходящих через каждый из резонаторов, измеряют для каждого триплета положений, занимаемых зеркалами. На основании трех триплетов определяют длины каждого из резонаторов, при которой в нем обеспечивается максимальная интенсивность. Определяют конечные положения зеркал, при которых обеспечивается максимальная интенсивность в трех резонаторах. Технический результат заключается в обеспечении возможности ускорения позиционирования зеркал. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к лазерной гирометрии. Гиролазер содержит твердый цилиндрический усилительный стержень (SA), содержащий ось вращения (ASR) и кольцевой пьезоэлектрический элемент (PE) возбуждения упомянутого усилительного элемента на предопределенной частоте f вдоль упомянутой оси вращения (ASR). При этом пьезоэлектрический элемент (PE) неподвижно установлен на одной из двух крайних секций усилительного стержня (SA) таким образом, чтобы его ось вращения совпадала с упомянутой осью вращения (ASR) усилительного стержня (SA). При этом на свободной крайней секции пьезоэлектрического элемента (PE) неподвижно установлен кольцевой динамический противовес (CBD), таким образом, чтобы его ось вращения совпадала с упомянутой осью вращения (ASR) усилительного стержня (SA). Размеры усилительного стержня (SA) определены таким образом, чтобы его можно было рассматривать как недеформирующийся на частоте возбуждения f. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения высокой частоты механического возбуждения без ухудшения геометрических характеристик усилительного стержня. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к гироскопическим преобразователям угловой скорости, выполненным на кольцевых лазерах. Блок лазерных гироскопов содержит выполненные в основании три лазерных гироскопа, имеющих замкнутые четырехугольные контуры. На каждой из одних трех граней основания установлена комбинация рефлектора и трехгранной призмы, на каждой из других трех граней расположена комбинация рефлектора с устройством регулировки периметра контура. В основании расположены три пары анодов, катод в отверстии основания, от которого отходят три отверстия. В местах установления комбинаций рефлектора и трехгранной призмы и комбинаций рефлектора с устройством регулировки периметра контура в основании выполнены углубления, каждое из которых дополнено идущим вглубь основания пазом. При этом продольная ось паза смещена относительно центральной оси углубления, отношение длины паза к его ширине доходит до трех. В каждый паз выходит одно из трех отверстий, отходящих от катода. Изобретение позволяет снизить требования к источнику высоковольтного питания по мощности и напряжению, повысить надежность блока. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к лазерным гироскопам, которые являются датчиками вращения. Лазерный гироскоп-мультигенератор, который позволяет измерять угловую скорость или относительное угловое положение по оси вращения, содержит по меньшей мере один кольцевой оптический резонатор (1), твердотельную усиливающую среду (2) и измерительное устройство (6), расположенные таким образом, что первая распространяющаяся линейно поляризованная мода и вторая распространяющаяся линейно поляризованная мода, перпендикулярно первой моде, могут распространяться в первом направлении в резонаторе и что третья распространяющаяся линейно поляризованная мода, параллельно первой моде, и четвертая распространяющаяся линейно поляризованная мода, параллельно второй моде, могут распространяться в противоположном направлении в резонаторе. Усиливающая среда представляет собой симметричный кубический кристалл, который срезан таким образом, что входная и выходная грани перпендикулярны кристаллографическому направлению <100> и что различные моды распространяются в направлениях, перпендикулярных указанным граням. Изобретение позволяет повысить стабильность измеряемых сигналов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано при создании навигационных систем различного типа, в частности в безинерциальных навигационных системах. Гироскоп содержит треугольный оптический моноблок со сформированными оптическими каналами, зеркала полного отражения, полупрозрачное зеркало, призму и источник оптического излучения на основе полупроводникового лазера. Для обеспечения одномодового режима излучения полупроводниковый лазер снабжен дополнительным внешним оптическим резонатором в виде усеченной призмы, которая покрыта светоотражающим покрытием. На боковых гранях усеченной призмы, которые образуют угол 40-60 градусов по отношению к ее основанию, параллельно основанию и симметрично сформированы два оптически прозрачных отверстия на уровне, совпадающем с уровнем оптических каналов моноблока, для создания в резонаторе продольного оптического канала по геометрии и положению совпадающего с основным оптическим каналом моноблока. Изобретение обеспечивает повышение надежности системы. 4 ил.

Изобретение относится к гиролазерам. Гиролазер содержит кольцеобразный оптический резонатор, содержащий три зеркала и твердотельную усилительную среду с накачкой от лазерного диода. Гиролазер относится к классу В и представляет собой лазер, для которого время отклика инверсии заселенности является очень большим по сравнению с другими характерными временами, которые представляют собой время существования когерентностей и характерное время затухания резонатора. При этом гиролазер содержит средство измерения различия оптической частоты, присутствующей между двумя оптическими модами. Кроме того, гиролазер содержит средство измерения общей оптической мощности, циркулирующей в оптическом резонаторе, и первое средство управления током, подаваемым от источника питания таким образом, чтобы поддерживать по существу постоянную общую оптическую мощность, при этом первое средство управления током оптимизировано для работы с первой полосой частот, по существу центрированной на частоте релаксации лазера и шириной 1/(4πT1), где T1 представляет собой время отклика инверсии заселенности в усилительной среде. Технический результат заключается в улучшении инерционных характеристик гиролазера. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предложенное изобретение относится к твердотельным лазерным гироскопам, в которых производится коррекция параметров встречных лазерных лучей. Предложенный твердотельный лазерный гироскоп содержит устройство для стабилизации сил света, позволяющее поддерживать равновесие двух встречных мод, имеющее средство для вычисления измерения вращения, резонатор, средство для измерения команды управления, средство для сохранения модели изменения смещения частоты, вызванного посредством устройства для стабилизации сил света, как функции от команды управления, средство для вычисления смещения частоты, вызванного посредством устройства для стабилизации сил света на основе значения команды управления и модели, средство для вычисления смещения при измерении вращения, вызванного посредством смещения частоты, средство для компенсации смещения при измерении вращения. Предложенный лазерный гироскоп позволяет устранить смещение в ходе лазерных лучей, связанное с двойным лучепреломлением в оптическом резонаторе. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение касается отбраковки кольцевых резонаторов лазерных гироскопов по величине порога зоны нечувствительности (порога захвата) и значениям нелинейных искажений масштабного коэффициента. Способ заключается в том, что возбуждают в кольцевом резонаторе волны собственных колебаний с помощью излучения внешнего лазера и определяют величину порога полосы захвата кольцевого резонатора, по превышению допустимого значения которого принимают решение об отбраковке кольцевого резонатора. Дополнительно возбуждают в кольцевом резонаторе собственное колебание во встречном направлении путем установки у выходного зеркала кольцевого резонатора возвратного зеркала, и проводят измерение временных зависимостей интенсивностей встречных волн, выходящих из кольцевого резонатора, при продольном перемещении возвратного зеркала на расстояние, превышающее половину длины волны лазерного излучения, а величину порога полосы захвата кольцевого резонатора определяют по результатам измерений временных зависимостей интенсивностей встречных волн. Технический результат заключается в повышении точности отбраковки. 3 ил.

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к гироскопии, и может быть использовано для прецизионного измерения угловых перемещений лазерного гироскопа. Способ прецизионной обработки сигналов лазерного гироскопа со знакопеременной частотной подставкой, при котором оцифровывают первичные квадратурные сигналы, отражающие перемещения интерференционной картины, образованные выведенными из кольцевого лазера встречными лазерными пучками, осуществляют аппроксимацию эллипсом множества точек на плоскости переменных, соответствующих отсчетам первичных сигналов, и восстановление временного ряда для изменений разности фаз интерферирующих волн (угловых перемещений кольцевого лазера) за равные интервалы времени, при этом частота дискретизации первичных сигналов определяется верхним пределом диапазона измеряемых угловых скоростей; частота обновления отсчетов угловых перемещений кольцевого лазера выбирается вблизи верхнего предела, обеспечивающего гарантированное определение параметров первичных квадратурных сигналов; полученный временной ряд угловых перемещений кольцевого лазера преобразуется в угловые перемещения лазерного гироскопа с помощью цифрового режекторного узкополосного фильтра с бесконечной импульсной характеристикой, центр полосы подавления которого соответствует частоте знакопеременной подставки. Технический результат - уменьшение погрешности при измерениях в реальном времени угловых перемещений. 6 ил.
Наверх