Лазерный акселерометр

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О (ii) 778493

П И СЛ - -М И

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 140579 (21) 2765893/18-10 с присоединением заявки ¹â€” (23) ПриоритетОлубликоваио 07.0981. Бюллетень № 33

Дата опубликования описания 070981 (51)М. Кл.3

G 01 P 15/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК531.768 (088.8) (72) Авторы изобретения

С.A. Гончуков, P.Ä. Касумова и Е.Д. Проценко (71) Заявитель

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт (54) ЛАЗЕРНЫИ АКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к лазерным акселерометрам.

Известно лазерное устройство для измерения ускорений движущихся объектов, содержащее внутрирезонаторный чувствительный элемент из изотропного материала с прикрепленной к нему контрольной массой (1). Работа устройства основана на управлении частотным расщеплением между генерируемыми модами лазера с помощью фотоупругого эффекта, возникающего в чувствительном элементе при ускоренном движении. Однако это устройство имеет значительные погрешности и ограниченный диапазон измерений из-за применения двухкамерной конструкции с оптической перегородкой между камерами. Паразитные механические напряжения в перегородке, возникающие из-за изменения темпе". ратуры, а также остаточные напряжения, могут существенно превышать полезный эффект в чувствительном элементе. При этом ocb наведенной оп- . тической анизотропии занимает в пространстве случайное направление, не совпадающее с осью чувствительности устройства. Кроме того, это устройство не реагирует на знак ускорения.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее внутрирезонаторный чувствительный элемент изизотропного материала с прикрепленной к нему контрольной массой. Устройство представляет собой однокамерную конструкцию, где отпадает необходимость испольэовать оптическую перегородку.

Регистрирующая аппаратура позволяет измерять как величину, так и знак

15 ускорения (2).

Недостатком устройства является существование значительной зоны нечувствительности, обусловленной эффектом самосинхронизации между мо20 дами (захватом частот). Кроме того, для измерения знака ускорения в устройстве используется относительно сложная регистрирующая схема, состоящая из нескольких оптических элементов, двух фотоприемников и требующая разведения оптических лучей, что снижает надежность и усложняет эксплуатацию.

Цель изобретения — расширение диа30 пазона измерения. для достижения

778493 каэ 6767/65 дписное этого на чувствительном элементе дополнительно расположены две пары ортогональных относительно друг друга плоских электродов, параллельных оси лазера, причем одна из них параллельна оси чувствительности акселерометра.

На чертеже представлена упрощен Н ая конструктивная схема лазерного акселерометра.

Он состоит из лазера, образованного двумя зеркалами 1 и и 2 и активной средой 3, чувствительного элемента 4 с инерционной массой 5, поляизационного светофильтра 6 и фотоприемника 7. На чувствительном элементе 4 есть две пары электродов. ами 8

О пара образована электродами дна ительи 9, параллельными оси чувствит ности оси лазера, другая пара ортоальна первой. Для упрощения чергон

ы не показатежа электроды второй пары не ны.

Лазерный акселерометр работает следующим образом. Оптическое излучение проходит через чувствительный элемент 4 с инерционной массой 5 поляризационный светофильтр б на фотоприемник 7. При наличии ускорения чувствительный элемеит 4 испытывает механическую нагрузку от инерционных сил, приложенных к инерционной массе 5. Возникающие в чувствительном элементе механические напряжения приводят к фотоупругому эффекту, из-за которого спектр излучения лазера будет представлять собой моды взаимноортогональных поляризаций, частоты которых отличаются на Я

СК

= —,mN л!

° / где С вЂ” скорость света;

3. — длина волны; — длина оптического резонатора;

К вЂ” величина, связанная с параметрами чувствительного элемента; и; — величина инерционной массы.

Для того чтобы генерация двух ортогонально-поляризованных мод в лазере была устойчива и синхронизация частот не возникала, к чувствительному элементу с помощью одной из пар электродов, например 8 и 9, прикладывается электрическая разность потенциалов U, и за счет электрооп-. тического эффекта Керра создается начальное частотное расщепление.

Для повышения чувствительности акселерометра оси эллипсоидов напряжений в чувствительном элементе из-за эффек. та Керра и фотоупругого эффекта должны совпадать. Выбор. пары пластин зависит от знака эффекта Керра в мате15 риале чувствительного элемента, при этом фазовый сдвиг между модами лазера должен иметь тот же знак, что и от фотоупругого эффекта. Поэтому при изменении знака ускорения электрик ческого напряжения должно подаваться на другую пару электродов.

Введение дополнительных электродов на чувствительный элемент позволяет увеличить чувствительность ак- . селерометра при одновременном упрощении системы регистрации сигнала.

Формула изобретения

Лазерный акселерометр, содержащий чувствительный элемент, расположенный внутри резонатора, выполненный из изотропного материала, нагруженный инерционной массой, и систему регистрации сигнала, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, на чувствительном элементе дополнительно расположены две пары ортогональных относительно друг друга плоских электродов, параллельных оси лазера, причем одна из них параллельна оси чувствительности акселерометра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3800594, кл. G 01 P 15/08 02.04.74.

2. Патент США В 4048859, кл. G 01 Р 15/08, 20 ° 02.77 (прототип).

Филиал ППП "Патент", г. г. Ужгород, ул. Проектная, 4