Способ измерения угловых перемещений зеемановским лазерным гироскопом

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Способ измерения угловых перемещений зеемановским лазерным гироскопом включает в себя создание частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера с эллиптической или круговой поляризацией излучения в активном элементе кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, при этом напряженность магнитного поля устанавливают близкой к значению, при котором достигается экстремум в зависимости показателя преломления активной среды от напряженности магнитного поля. Технический результат – уменьшение ошибки измерений угловых перемещений лазерным гироскопом.

 

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

Известен способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом [1].

В этом способе при измерении угловых перемещений обеспечивается работа лазерного гироскопа в двухчастотном (одномодовом) режиме на одной из ортогонально поляризованных мод кольцевого лазера лазерного гироскопа, создается частотная подставка с помощью механических угловых колебаний кольцевого лазера, выделяется информация об угловых перемещениях из синусоидального сигнала биений разностной частоты встречных волн, поступающего от кольцевого лазера.

Недостатком этого способа являются большие ошибки измерения угловых перемещений лазерным гироскопом при наличии механических воздействий, что происходит из-за недостаточной жесткости системы, создающей механические угловые колебания кольцевого лазера.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом, включающий работу лазерного гироскопа в двухчастотном режиме на одной из ортогонально поляризованных мод кольцевого лазера лазерного гироскопа, создание частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера с эллиптической или круговой поляризацией излучения в активном элементе кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера [2].

В этом случае лазерный зеемановский гироскоп, в котором создают круговую или эллиптическую поляризацию излучения резонатора кольцевого лазера, например, методом изготовления четырехзеркального резонатора кольцевого лазера с определенным углом излома контура резонатора, а частотную подставку создают, например, с помощью постоянных магнитов, расположенных на газоразрядных промежутках кольцевого лазера, и создающих магнитное поле на активной среде вместе с кольцевым лазером не имеет подвижных частей и жестко крепится к объекту.

При этом ошибки измерений угловых перемещений при наличии механических воздействий при таком способе существенно уменьшаются.

Недостатком известного способа является ошибка измерений угловых перемещений таких лазерных гироскопов при наличии магнитных полей из-за большой чувствительности этих приборов к магнитному полю.

Задачей данного способа является уменьшение ошибки измерения угловых перемещений лазерным гироскопом, работающим в двухчастотном (одномодовом) режиме, обусловленной чувствительностью таких лазерных гироскопов к магнитному полю.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе измерения угловых перемещений лазерным гироскопом на активную среду кольцевого лазера накладывается магнитное поле достаточной напряженности для того, чтобы перейти в область нелинейности дисперсионной зависимости показателя преломления активной газовой среды. При определенном значении напряженности магнитного поля дисперсионной функцией достигается экстремум, что приводит к снижению чувствительности кольцевого лазера к внешним магнитным полям и изменениям температуры. [3]

Суть изобретения заключается в следующем:

В предложенном способе измерения угловых перемещений зеемановским лазерным гироскопом, производятся при создании частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера, напряженность которого определяют по формуле:

где

Н - напряженность магнитного поля, А/м;

ku - допплеровский параметр, с-1;

k - волновое число излучения кольцевого лазера, м-1;

u - средняя тепловая скорость атомов активной среды, м/с;

μБ - магнетон Бора, Дж/Тл;

μ0 - магнитная постоянная, Гн/м;

- постоянная Планка, Дж*с.

В случае He-Ne среды для перехода с длиной волны 0,63 мкм при нормальных внешних условиях в кольцевом резонаторе напряженность магнитного поля, требуемая для максимального снижения чувствительности гироскопа к магнитному шуму и тепловому дрейфу, соответствует 28.9 кА/м.

Достоинствами использования магнитного поля данного значения является снижение влияния внешних магнитных полей и снижение температурного дрейфа частотной подставки.

Проведем оценку снижения чувствительности кольцевого лазера при наложении на его активную среду магнитного поля оптимальной напряженности и его стабилизации с точностью в 1%.

Дисперсионная зависимость показателя преломления активной среды кольцевого лазера описывается функцией:

где

n - показатель преломления активной газовой среды,

- расстройка резонатора,

Для данной функции оптимальным значением является o=0,707. При расстройке резонатора в 1% относительно o, показатель преломления изменится на 1,721×10-4 единиц, а при расстройке резонатора в 1% относительно нулевого значения функции, показатель преломления изменится на 5,656×10-2 единиц. Оценка показывает, что при стабилизации магнитного поля подставки вблизи оптимального значения с точностью 1% ошибка, вызванная внешним магнитным полем может быть уменьшена более чем в 300 раз.

Источники информации

1. Aronowitz. The Laser Gyro, in Laser Application, New York, Academic Press, 1971, p. 133.

2. В.В. Азарова, Ю.Д. Голяев, В.Г. Дмитриев, М.С. Дроздов, А.А. Казаков, А.В. Мельников, М.М. Назаренко, В.Н. Свирин, Т.И. Соловьева, Н.В. Тихменев. Zeeman Laser Gyroscops, Research and Technology Organisation, May, 1999 - прототип.

3. У. Лэмб. Теория оптических мазеров. В сб. квантовая оптика и квантовая радиофизика. Издательство «Мир», Москва, 1966.

Способ измерения угловых перемещений зеемановским лазерным гироскопом, включающий создание частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, отличающийся тем, что для создания частотной подставки используют магнитное поле, напряженность которого близко к значению:

где

Н - напряженность магнитного поля, А/м;

ku - допплеровский параметр, с-1;

k - волновое число излучения кольцевого лазера, м-1;

u - средняя тепловая скорость атомов активной среды, м/с;

μБ - магнетон Бора, Дж/Тл;

μ0 - магнитная постоянная, Гн/м;

- постоянная Планка, Дж*с.



 

Похожие патенты:

Изобретение предназначено для получения сигналов вращения четырехчастотного лазерного гироскопа. Оптический смеситель лучей, распространяющихся во встречных направлениях в резонаторе четырехчастотного лазерного гироскопа, предназначен для одновременного детектирования интерференционных картин, независимо полученных для излучения левой и правой круговых поляризаций.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения линейной скорости на поверхности или внутри движущихся макрообъектов.

Изобретение относится к измерительной лазерной технике и может найти применение в при измерении угловой скорости лазерного гироскопа со знакопеременной частотной подставкой.

Оптический интерференционный смеситель состоит из полупрозрачного плоского зеркала, в котором на первой поверхности с полупрозрачным светоотражающим покрытием или пленкой выполнена путем углубления полусферическая поверхность радиуса R1.

Предложенное изобретение относится к устройствам для цифровой обработки информации, поступающей от гиролазера (лазерного гироскопа). Предложенный гиролазер с оптическим резонатором содержит множество зеркал, по меньшей мере один фотодатчик (101), выдающий два оптических сигнала (102, 103) со сдвигом фазы на 90°, при этом упомянутые сигналы (102, 103) являются оцифрованными (401, 402), средства (128) управления положением одного из упомянутых зеркал путем преобразования электрического сигнала в механическое усилие, средства (135) активации упомянутого гиролазера в колебательном движении путем преобразования электрического сигнала колебания (306) в механическое усилие и средства (118) измерения угловой скорости (120) упомянутого гиролазера, отличающийся тем, что дополнительно содержит: средства (405) извлечения фазы α и модуля ρ или квадрата модуля ρ упомянутых оптических сигналов (102, 103), средства (409) автоматического регулирования длины оптического резонатора, средства (411) дифференцирования упомянутой фазы α на заданный период времени, чтобы выдать сигнал (408), содержащий общую информацию движения упомянутого гиролазера, средства (410) автоматического регулирования активации упомянутого гиролазера по упомянутому колебательному движению, принимающие упомянутый сигнал (408), из которого извлекают оценку (300) колебательного движения, сообщаемого упомянутому гиролазеру упомянутыми средствами (135) активации, и производящие упомянутый сигнал колебания (306), амплитуду которого регулируют по заданному значению амплитуды (129).

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения угловой скорости. Для определения угловой скорости формируют два пучка когерентного оптического излучения.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Предложен способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом, включающий настройку и работу лазерного гироскопа в двухчастотном режиме на одной из ортогонально поляризованных мод кольцевого лазера лазерного гироскопа, создание частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера с эллиптической или круговой поляризацией излучения в активном элементе кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, периодическую поочередную работу кольцевого лазера в двухчастотном режиме на модах с ортогональными поляризациями кольцевого лазера, переключение кольцевого лазера на моду с ортогональной поляризацией после каждого очередного момента завершения работы кольцевого лазера на любой из этих мод, в котором предварительно или при измерении угловых перемещений по амплитуде сигнала вращения, или по величине частотной подставки, или по величине сигнала расстройки периметра, или по напряжению на пьезоголовке определяют промежутки времени во время переключений поляризации для мод с ортогональными поляризациями, в которых будут использованы результаты измерений угловых перемещений с учетом ошибок, обусловленных изменением частоты подставки из-за расстройки периметра кольцевого лазера, вызванной переключением поляризации, предварительно измеряют и/или вычисляют для мод с ортогональными поляризациями зависимость частоты подставки от величины сигнала расстройки периметра резонатора кольцевого лазера, при каждом очередном переключении во время измерений угловых перемещений в выбранных промежутках времени этого переключения в каждой соответствующей моде с ортогональной поляризацией измеряют зависимость сигнала расстройки периметра кольцевого лазера от времени, для каждого выбранного промежутка времени при каждом данном переключении при измерении угловых перемещений рассчитывают и учитывают ошибки, обусловленные изменением величины частоты подставки из-за расстройки периметра резонатора кольцевого лазера при переключении поляризации, используя предварительно измеренную и/или вычисленную зависимость частоты подставки от величины сигнала расстройки периметра резонатора кольцевого лазера для соответствующей моды и измеренную для этой же моды при данном переключении зависимость сигнала расстройки периметра от времени в этом же выбранном промежутке времени данного переключения.

Предложенное изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Предложен способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом, включающий настройку и работу лазерного гироскопа в двухчастотном режиме на одной из ортогонально поляризованных мод кольцевого лазера лазерного гироскопа, создание знакопеременной частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера с эллиптической или круговой поляризацией излучения в активном элементе кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, периодическую поочередную работу кольцевого лазера в двухчастотном режиме на модах с ортогональными поляризациями кольцевого лазера, переключение кольцевого лазера на моду с ортогональной поляризацией после каждого очередного момента завершения работы кольцевого лазера на любой из этих мод, в котором предварительно измеряют и/или вычисляют для мод с ортогональными поляризациями зависимость частоты подставки от величины расстройки периметра резонатора кольцевого лазера.
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Предложен способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом, включающий настройку и работу лазерного гироскопа в двухчастотном режиме на одной из ортогонально поляризованных мод кольцевого лазера лазерного гироскопа, создание частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера с эллиптической или круговой поляризацией излучения в активном элементе кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, периодическую поочередную работу кольцевого лазера в двухчастотном режиме на модах с ортогональными поляризациями кольцевого лазера, переключение кольцевого лазера на моду с ортогональной поляризацией после каждого очередного момента завершения работы кольцевого лазера на любой из этих мод, в котором предварительно измеряют изменение напряжения на пьезоголовке кольцевого лазера, соответствующее переходу от моды одного знака поляризации к ближайшей моде с ортогональной поляризацией, при измерении угловых перемещений непосредственно перед началом каждого переключения отключают систему регулировки периметра от пьезоголовки датчика, после этого, пока на пьезоголовке не изменилось напряжение от работы на прежней моде, подают на пьезоголовку дополнительное измеренное ранее напряжение, соответствующее переходу от моды одного знака поляризации к ближайшей моде с ортогональной поляризацией, при этом знак подаваемого дополнительного напряжения определяют так, чтобы суммарное напряжение находилось в области регулирования системы регулировки периметра, переключают фазу системы регулировки периметра на настройку и работу на моде с ортогональной поляризацией, подключают систему регулировки периметра к пьезоголовке датчика в выбранное предварительно или во время данного переключения время, после чего система регулировки периметра в автоматическом режиме завершает подстройку частоты кольцевого лазера лазерного гироскопа на моду с ортогональной поляризацией.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Предложен способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом, включающий настройку и работу лазерного гироскопа в двухчастотном режиме на одной из ортогонально поляризованных мод кольцевого лазера лазерного гироскопа, создание частотной подставки с помощью магнитного поля, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, периодическую поочередную работу кольцевого лазера в двухчастотном режиме на модах с ортогональными поляризациями кольцевого лазера, переключение кольцевого лазера на моду с ортогональной поляризацией после каждого очередного момента завершения работы кольцевого лазера на любой из этих мод.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Способ измерения угловых перемещений зеемановским лазерным гироскопом включает в себя создание частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера с эллиптической или круговой поляризацией излучения в активном элементе кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, при этом напряженность магнитного поля устанавливают близкой к значению, при котором достигается экстремум в зависимости показателя преломления активной среды от напряженности магнитного поля. Технический результат – уменьшение ошибки измерений угловых перемещений лазерным гироскопом.

Наверх