Способ сборки кольцевого резонатора лазерного гироскопа (варианты)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к системам навигации. Предложенные способы сборки кольцевого резонатора включают в себя установку зеркал, сварку электродов, электровакуумную обработку и герметизацию. Перед установкой зеркал определяют рассеивающие свойства, по меньшей мере, одного зеркала на основе зарегистрированного трехмерного изображения его поверхности, выделяют анизотропную составляющую рассеяния, вызванную линейно структурированными дефектами в условиях лазерного излучения, падающего на зеркало под углом, характерным для данного типа резонатора, осуществляют выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине рассеяния. В качестве указанной минимальной величины рассеяния может быть выбрана величина обратного рассеяния, полного интегрального рассеяния или композиция полного интегрального и обратного рассеяния. Затем осуществляют установку, по меньшей мере, одного зеркала на кольцевой резонатор таким образом, что угловое положение, соответствующее минимальной величине рассеяния, совмещается с плоскостью кольцевого резонатора. Это позволяет снизить погрешности измерения угловой скорости. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к области преобразования параметров вращения в электрический сигнал с помощью гироскопов, в которых чувствительным элементом служит кольцевой лазер, и может быть использовано, например, в системах навигации.

Известен способ сборки кольцевого резонатора лазерного гироскопа, описанный в патенте US 4884283, 28.11.1989, при котором установка зеркал на корпус резонатора производится с поиском точки на зеркале, в которой величина обратного рассеяния от «спекл» картины на нем минимальна, и при этом обеспечивается прохождение лазерного излучения через центр диафрагмы, для получения минимальной величины потерь в кольцевом оптическом резонаторе.

Недостатком данного способа сборки является то, что для получения объективной информации о величине обратного рассеяния необходимо установить зеркало в кольцевой резонатор и затем путем вращений и линейных перемещений осуществлять поиск оптимального положения данного зеркала, одновременно наблюдая как за «спекл» картиной, так и за местом прохождения лазерного луча через диафрагму. Такой поиск оптимального положения совершенно не учитывает других важных характеристик зеркала, в частности анизотропии его рассеивающих свойств, вызванной наличием на поверхности зеркала остаточных дефектов.

Задача, решаемая изобретением, состоит в устранении вышеназванных недостатков, возникающих при известном способе установки зеркал, при этом технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в снижении погрешности измерения угловой скорости с помощью лазерного гироскопа за счет уменьшения порога синхронизации встречных волн в кольцевом лазере, что обусловлено снижением обратного рассеяния лазерного излучения зеркалами.

Заявленный технический результат достигается способом сборки кольцевого резонатора, включающим установку зеркал, сварку электродов, электровакуумную обработку и герметизацию. Перед установкой зеркал определяют рассеивающие свойства, по меньшей мере, одного зеркала на основе зарегистрированного трехмерного изображения его поверхности, выделяют анизотропную составляющую рассеяния, вызванную линейно структурированными дефектами, в условиях лазерного излучения, падающего на зеркало под углом, характерным для данного типа резонатора, осуществляют выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине обратного рассеяния. Затем осуществляют установку, по меньшей мере, одного зеркала на кольцевой резонатор таким образом, что угловое положение, соответствующее минимальной величине рассеяния, совмещается с плоскостью кольцевого резонатора.

Выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине обратного рассеяния, осуществляют по изображениям поверхности, зарегистрированным с помощью атомно-силового, зондового или модуляционного интерференционного микроскопа.

Кольцевой резонатор включает, по меньшей мере, три зеркала.

Все операции осуществляют для каждого зеркала.

Также заявленный технический результат достигается способом сборки кольцевого резонатора, включающий установку зеркал, сварку электродов, электровакуумную обработку и герметизацию. Перед установкой зеркал определяют рассеивающие свойства, по меньшей мере, одного зеркала на основе зарегистрированного трехмерного изображения его поверхности, выделяют анизотропную составляющую рассеяния, вызванную линейно-структурированными дефектами в условиях лазерного излучения, падающего на зеркало под углом, характерным для данного типа резонатора, осуществляют выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине полного интегрального рассеяния. Затем осуществляют установку, по меньшей мере, одного зеркала на кольцевой резонатор таким образом, что угловое положение, соответствующее минимальной величине рассеяния, совмещается с плоскостью кольцевого резонатора.

Выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине полного интегрального рассеяния осуществляют по изображениям поверхности, зарегистрированным с помощью интерферометра белого света или полученным при подсветке поверхности лазерным излучением.

Кольцевой резонатор включает, по меньшей мере, три зеркала.

Все операции осуществляют для каждого зеркала.

Также заявленный технический результат достигается способом сборки кольцевого резонатора, включающий установку зеркал, сварку электродов, электровакуумную обработку и герметизацию. Перед установкой зеркал определяют рассеивающие свойства, по меньшей мере, одного зеркала на основе зарегистрированного трехмерного изображения его поверхности, выделяют анизотропную составляющую рассеяния, вызванную линейно-структурированными дефектами в условиях лазерного излучения, падающего на зеркало под углом, характерным для данного типа резонатора, осуществляют выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине рассеяния, которая определяется как композиция полного интегрального и обратного рассеяния. Затем осуществляют установку, по меньшей мере, одного зеркала на кольцевой резонатор таким образом, что угловое положение, соответствующее минимальной величине рассеяния, совмещается с плоскостью кольцевого резонатора.

Выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине обратного рассеяния, осуществляют по изображениям поверхности, зарегистрированным с помощью атомно-силового, зондового или модуляционного интерференционного микроскопа и интерферометра белого света или полученным при подсветке поверхности лазерным излучением.

Кольцевой резонатор включает, по меньшей мере, три зеркала.

Все операции осуществляют для каждого зеркала.

Фиг. 1 - изображение линейно структурированных дефектов отражающей поверхности зеркала.

Фиг. 2 - зависимость величины интегрального рассеяния TIS от линейно структурированных дефектов при повороте на угол α. Горизонтальная штриховая линия соответствует величине TIS от шероховатого рельефа. Вертикальные штриховые линии показывают диапазон углов, при котором величина TIS минимальна.

Фиг. 3 - зависимость величины обратного рассеяния R от линейно структурированных дефектов при повороте на угол α. Горизонтальная штриховая линия соответствует величине R от шероховатого рельефа. Вертикальные штриховые линии показывают диапазон углов, при котором величина R минимальна.

Очевидно, что указанные эффекты проявляются уже при установке одного из зеркал описанным способом, однако максимальный эффект достигается при осуществлении предложенных операций с каждым зеркалом. В связи с чем, целесообразно описывать реализацию устройства на примере операций для каждого зеркала, предназначенного для сборки кольцевого резонатора лазерного гироскопа.

Заявленное изобретение осуществляют следующим образом.

Сперва проводят измерение рельефа отражающей поверхности на установках, измеряющих рассеянное излучение при подсветке поверхности лазерным излучением, с длиной волны и падающим под углом, характерным для данного типа резонатора или посредством атомно-силового или зондового микроскопа или интерферометра белого света. По полученным трехмерным изображениям отражающей поверхности зеркала определяют его рассеивающие характеристики: интегральное или обратное рассеяние, а также угловую анизотропию этих свойств, вызванную линейно структурированными дефектами отражающей поверхности.

Чтобы оценить рассеивающие свойства оптической поверхности зеркала по зарегистрированному изображению его поверхности необходимо выполнить следующие операции:

1. Вычисление зависимости спектральной плотности флуктуаций высоты от пространственных частот:

FT - результат дискретного Фурье-преобразования изображения рельефа;

- комплексно сопряженный Фурье-образ; z - двумерный массив отсчетов высоты с размерностью N×М; h - шаг сканирования поверхности, р=0,1,…N-1; q=0,1,…,М-1; ƒx,p=p/(h⋅N), ƒy,q=q/(h⋅M) - составляющие пространственной частоты.

2. Расчет полного интегрального рассеяния TIS и коэффициента обратного рассеяния R:

где λ=0,6328 мкм - длина волны излучения кольцевого гелий-неонового лазера, υ - расходимость излучения, генерируемого кольцевым лазером, β - угол падения лазерного луча на зеркало,ƒx, ƒy - пространственные частоты:

α - угол между плоскостью падения и направлением заданной оси.

По результатам определения анизотропии рассеивающих свойств зеркала определяют его угловое положение относительно плоскости кольцевого резонатора, соответствующее минимальной величине интегрального или обратного рассеяния или композиции этих рассеяний.

Например, для характеристики интегрального рассеяния, представленной на фиг. 2 минимальной величине TIS соответствует диапазон углов α: от 90 до 115 градусов, а для величины обратного рассеяния существуют два таких диапазона: от 40 до 50 градусов и от 125 до 140 градусов. Как видно из представленных зависимостей, диапазоны углов, соответствующие минимальным величинам интегрального и обратного рассеяния, не совпадают. В том случае, если исходные изображения были зарегистрированы методом, обладающим разрешением по плоскости лучше λcosβ, выбор оптимального углового положения осуществляется по величине обратного рассеяния (4). В случае, если исходные изображения были зарегистрированы методом, обладающим разрешением по плоскости хуже λcosβ, выбор оптимального углового положения осуществляется по величине интегрального рассеяния (3). Вместе с тем два предложенных варианта не являются единственными, так как важен сам принцип установки зеркал по результатам определения их рассеивающих свойств на основе зарегистрированного трехмерного изображения их поверхности и определения минимальной величины рассеяния, которая определяется как композиция обратного и интегрального рассеяния.

В соответствии с выбранным угловым положением, которое определяется либо минимальной величиной интегрального рассеяния, либо минимальной величиной обратного рассеяния, зеркало устанавливается на корпус резонатора, при этом выбранное угловое положение совмещается с плоскостью кольцевого резонатора. Устанавливая таким образом зеркала на корпус резонатора, добиваются линейными перемещениями последнего (сферического) зеркала прохождения лазерного луча через центр диафрагмы, что обеспечивает минимальное значение потерь.

Таким образом, предложенный способ сборки кольцевого резонатора, включая его юстировку, путем установки зеркал на его корпус с определенным угловым положением относительно плоскости распространения лазерного луча позволяет получать информацию об оптимальном угловом положении, в котором величина обратного рассеяния, определяемая остаточными после полировки линейно структурированными дефектами зеркальной поверхности, определяется из измерений его рассеивающих свойств, полученных по трехмерным изображениям поверхности, путем обработки зарегистрированного рельефа методами, описанными, например, в патенте RU 2471146 С1, 27.12.2012. Это позволяет установить зеркало с учетом зависимости (анизотропии) его рассеивающих свойств, вызванных остаточными дефектами полирования и зависящих от угла поворота зеркала относительно его нормальной оси, и соответственно снизить погрешности измерения угловой скорости с помощью лазерного гироскопа за счет уменьшения порога синхронизации встречных волн в кольцевом лазере, достигаемого путем снижения влияния обратного рассеяния.

1. Способ сборки кольцевого резонатора, включающий установку зеркал, сварку электродов, электровакуумную обработку и герметизацию, отличающийся тем, что перед установкой зеркал определяют рассеивающие свойства, по меньшей мере, одного зеркала на основе зарегистрированного трехмерного изображения его поверхности, выделяют анизотропную составляющую рассеяния, вызванную линейно структурированными дефектами в условиях лазерного излучения, падающего на зеркало под углом, характерным для данного типа резонатора, осуществляют выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине обратного рассеяния, затем осуществляют установку, по меньшей мере, одного зеркала на кольцевой резонатор таким образом, что угловое положение, соответствующее минимальной величине рассеяния, совмещается с плоскостью кольцевого резонатора.

2. Способ сборки по п. 1, отличающийся тем, что выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине обратного рассеяния, осуществляют по изображениям поверхности, зарегистрированным с помощью атомно-силового, зондового или модуляционного интерференционного микроскопа.

3. Способ сборки по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой резонатор выполняют, по меньшей мере, трехзеркальным.

4. Способ сборки по п. 1, отличающийся тем, что все операции осуществляют для каждого зеркала.

5. Способ сборки кольцевого резонатора, включающий установку зеркал, сварку электродов, электровакуумную обработку и герметизацию, отличающийся тем, что перед установкой зеркал определяют рассеивающие свойства, по меньшей мере, одного зеркала на основе зарегистрированного трехмерного изображения его поверхности, выделяют

анизотропную составляющую рассеяния, вызванную линейно структурированными дефектами в условиях лазерного излучения, падающего на зеркало под углом, характерным для данного типа резонатора, осуществляют выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине полного интегрального рассеяния, затем осуществляют установку, по меньшей мере, одного зеркала на кольцевой резонатор таким образом, что угловое положение, соответствующее минимальной величине рассеяния, совмещается с плоскостью кольцевого резонатора.

6. Способ сборки по п. 5, отличающийся тем, что выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине полного интегрального рассеяния, осуществляют по изображениям поверхности, зарегистрированным с помощью интерферометра белого света или полученным при подсветке поверхности лазерным излучением.

7. Способ сборки по п. 5, отличающийся тем, что кольцевой резонатор выполняют, по меньшей мере, трехзеркальным.

8. Способ сборки по п. 5, отличающийся тем, что все операции осуществляют для каждого зеркала.

9. Способ сборки кольцевого резонатора, включающий установку зеркал, сварку электродов, электровакуумную обработку и герметизацию, отличающийся тем, что перед установкой зеркал определяют рассеивающие свойства, по меньшей мере, одного зеркала на основе зарегистрированного трехмерного изображения его поверхности, выделяют анизотропную составляющую рассеяния, вызванную линейно структурированными дефектами в условиях лазерного излучения, падающего на зеркало под углом, характерным для данного типа резонатора, осуществляют выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине рассеяния, которая определяется как композиция полного интегрального и обратного рассеяния, затем

осуществляют установку, по меньшей мере, одного зеркала на кольцевой резонатор таким образом, что угловое положение, соответствующее минимальной величине рассеяния, совмещается с плоскостью кольцевого резонатора.

10. Способ сборки по п. 9, отличающийся тем, что выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине рассеяния, осуществляют по изображениям поверхности, зарегистрированным с помощью атомно-силового, зондового или модуляционного интерференционного микроскопа и интерферометра белого света или полученным при подсветке поверхности лазерным излучением.

11. Способ сборки по п. 9, отличающийся тем, что кольцевой резонатор выполняют, по меньшей мере, трехзеркальным.

12. Способ сборки по п. 9, отличающийся тем, что все операции осуществляют для каждого зеркала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области приборостроения и касается лазерного гироскопа с компенсацией составляющей, вносимой виброподставкой. Лазерный гироскоп (ЛГ) содержит кольцевой лазер (КЛ), устройство виброподставки, блок обработки сигналов КЛ, выход которого подключен к блоку компенсации, датчик параметров относительных крутильных колебаний КЛ в виде оптико-электронной системы определения положения КЛ.

Лазерный гироскоп содержит многоугольный оптический моноблок с оптическими каналами, зеркала полного отражения и полупрозрачное зеркало. В качестве источника оптического излучения используется полупроводниковый лазер.

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к гироскопии, и может быть использовано для прецизионного измерения угловых перемещений лазерного гироскопа.

Изобретение касается отбраковки кольцевых резонаторов лазерных гироскопов по величине порога зоны нечувствительности (порога захвата) и значениям нелинейных искажений масштабного коэффициента.

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.

Изобретение относится к гиролазерам. Гиролазер содержит кольцеобразный оптический резонатор, содержащий три зеркала и твердотельную усилительную среду с накачкой от лазерного диода.

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано при создании навигационных систем различного типа, в частности в безинерциальных навигационных системах.

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.

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.

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).

Лазерный гироскоп содержит многоугольный оптический моноблок со сформированными оптическими каналами, зеркала полного отражения, полупрозрачное зеркало, призму и внешний оптический резонатор для сопряжения полупроводникового лазера с оптическим моноблоком, выполненный из оптически прозрачного материала. В поверхности внешнего резонатора сформированы три оптических окна прозрачности, два из которых образуют горизонтальный наведенный оптический канал. Внешний оптический резонатор выполнен в виде плоскопараллельной объемной фигуры многогранной формы, в котором внутри наведенного горизонтального оптического канала дополнительно создан физический сквозной открытый оптический канал меньшего диаметра. Технический результат заключается в стабилизации моды оптического излучения в оптическом контуре гироскопа. 3 ил.

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано при создании навигационных систем, в частности бесплатформенных инерциальных навигационных систем. Предложенный способ компенсации теплового изгиба и деформации оптических каналов многоугольного моноблока лазерного гироскопа базируется на монтаже оптически прозрачного моноблока, рабочий режим которого достигается использованием микромощного полупроводникового лазерного диода, снабженного по крайне мере одним элементом Пельтье для термостабилизации режима излучения лазерного диода, размещенного внутри оптического контура, образованного совокупностью оптических каналов лазерного гироскопа, на металлическое основание с функциями общего радиатора охлаждения. При этом в металлическом основании создаются, в количестве не менее двух на оптический канал, пазы заданной глубины и геометрии, формирующие в металлическом основании выпуклые зоны, которые находятся в тепловом контакте с нижней поверхностью многоугольного моноблока относительно источника локального нагрева - элемента Пельтье и обеспечивают зональное выравнивание градиента температуры в рабочих зонах, что обеспечивает компенсацию температурного разбаланса рабочих зон оптических каналов в количестве, равном количеству сформированных выпуклых зон, при этом контур многоугольного моноблока охвачен пазом заданной глубины и геометрии для исключения общего влияния металлического основания на температурное распределение в выпуклых зонах и обеспечения требуемого градиента температуры в зоне компенсации по отношению к локальному источнику нагрева. Технический результат способа состоит в компенсации теплового изгиба и деформации оптических каналов многоугольного моноблока лазерного гироскопа и обеспечении его работоспособности при высоких и низких температурах окружающей среды. 3 ил.

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано при создании навигационных систем, в частности бесплатформенных инерциальных навигационных систем. Способ компенсации теплового изгиба и деформации оптических каналов многоугольного моноблока лазерного гироскопа базируется на монтаже оптически прозрачного моноблока, рабочий режим которого достигается использованием микромощного полупроводникового лазерного диода, снабженного по крайне мере одним элементом Пельтье для термостабилизации режима излучения лазерного диода, размещенного внутри оптического контура, образованного совокупностью оптических каналов лазерного гироскопа, на металлическом основании с функциями общего радиатора охлаждения. При этом в основании моноблока создаются, в количестве не менее двух на оптический канал, специальные пазы заданной глубины и геометрии, но не смыкающиеся с оптическими каналами, которые перед монтажом заполняются теплопроводной пастой до уровня контакта с металлическим основанием и обеспечивают зональное выравнивание градиента температуры в рабочих зонах от источника локального нагрева - элемента Пельтье, при этом теплопроводность пасты должна быть в несколько раз выше, чем у металлического основания, что обеспечивает компенсацию температурного разбаланса рабочих зон оптических каналов в количестве, равном количеству созданных пазов. Технический результат предложенного способа заключается в компенсации теплового изгиба и деформации оптических каналов многоугольного моноблока лазерного гироскопа и обеспечении его работоспособности при высоких и низких температурах окружающей среды. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к системам навигации. Предложенные способы сборки кольцевого резонатора включают в себя установку зеркал, сварку электродов, электровакуумную обработку и герметизацию. Перед установкой зеркал определяют рассеивающие свойства, по меньшей мере, одного зеркала на основе зарегистрированного трехмерного изображения его поверхности, выделяют анизотропную составляющую рассеяния, вызванную линейно структурированными дефектами в условиях лазерного излучения, падающего на зеркало под углом, характерным для данного типа резонатора, осуществляют выбор углового положения плоскости падения лазерного луча, соответствующего минимальной величине рассеяния. В качестве указанной минимальной величины рассеяния может быть выбрана величина обратного рассеяния, полного интегрального рассеяния или композиция полного интегрального и обратного рассеяния. Затем осуществляют установку, по меньшей мере, одного зеркала на кольцевой резонатор таким образом, что угловое положение, соответствующее минимальной величине рассеяния, совмещается с плоскостью кольцевого резонатора. Это позволяет снизить погрешности измерения угловой скорости. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх