БЛОК ЛАЗЕРНЫХ ГИРОСКОПОВ

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

Известен блок лазерных гироскопов [1], содержащий три кольцевых лазерных гироскопа.

Наиболее близким по технической сущности является блок лазерных гироскопов [2], содержащий первый, второй и третий лазерные гироскопы, замкнутые четырехугольные контуры каждого из которых в составе последовательно соединенных первого, второго, третьего и четвертого каналов выполнены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях в основании, установленные на одних гранях основания первую, вторую и третью комбинации рефлектора и трехгранной призмы, установленные на других гранях основания первую, вторую и третью комбинации рефлектора с устройством регулировки периметра контура, три пары анодов, катод в отверстии основания, от которого лучами отходят первое, второе и третье отверстия, причем первые стороны вторых каналов первого и второго лазерных гироскопов выходят в первое углубление, образованное в основании в месте установки первой комбинации рефлектора и трехгранной призмы, вторая сторона второго канала первого лазерного гироскопа и первая сторона второго канала третьего лазерного гироскопа выходят во второе углубление, образованное в основании в месте установки второй комбинации рефлектора и трехгранной призмы, первые стороны первого и четвертого каналов первого лазерного гироскопа, третьего и четвертого каналов третьего лазерного гироскопа выходят в третье углубление, образованное в основании в месте установки первой комбинации рефлектора с устройством регулировки периметра контура, первая сторона третьего канала, вторая сторона четвертого канала первого лазерного гироскопа, первые стороны первого и четвертого каналов второго лазерного гироскопа выходят в четвертое углубление, образованное в основании в месте установки второй комбинации рефлектора с устройством регулировки периметра контура, вторые стороны вторых каналов второго и третьего лазерных гироскопов выходят в пятое углубление, образованное в основании в месте установки третьей комбинации рефлектора и трехгранной призмы, первая сторона третьего канала, вторая сторона четвертого канала второго лазерного гироскопа, первая сторона первого канала, вторая сторона четвертого канала третьего лазерного гироскопа выходят в шестое углубление, образованное в основании в месте установки третьей комбинации рефлектора с устройством регулировки периметра контура, каждое отверстие, в котором установлен один из пары анодов, соединено с одним из первого и третьего каналов соответствующего лазерного гироскопа.

Недостаток такого блока лазерных гироскопов заключается в необходимости повышенной мощности источника высоковольтного питания для создания разрядного тока между анодами и катодом вследствие значительного расстояния от анодов до катода в каждом из контуров лазерных гироскопов.

Техническим результатом изобретения является понижение требований к источнику высоковольтного питания по мощности и напряжению, повышение надежности блока лазерных гироскопов.

Данный технический результат достигается в блоке лазерных гироскопов, содержащем первый, второй и третий лазерные гироскопы, замкнутые четырехугольные контуры каждого из которых в составе последовательно соединенных первого, второго, третьего и четвертого каналов выполнены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях в основании, установленные на одних гранях основания первую, вторую и третью комбинации рефлектора и трехгранной призмы, установленные на других гранях основания первую, вторую и третью комбинации рефлектора с устройством регулировки периметра контура, три пары анодов, катод в отверстии основания, от которого лучами отходят первое, второе и третье отверстия, причем первые стороны вторых каналов первого и второго лазерных гироскопов выходят в первое углубление, образованное в основании в месте установки первой комбинации рефлектора и трехгранной призмы, вторая сторона второго канала первого лазерного гироскопа и первая сторона второго канала третьего лазерного гироскопа выходят во второе углубление, образованное в основании в месте установки второй комбинации рефлектора и трехгранной призмы, первые стороны первого и четвертого каналов первого лазерного гироскопа, третьего и четвертого каналов третьего лазерного гироскопа выходят в третье углубление, образованное в основании в месте установки первой комбинации рефлектора с устройством регулировки периметра контура, первая сторона третьего канала, вторая сторона четвертого канала первого лазерного гироскопа, первые стороны первого и четвертого каналов второго лазерного гироскопа выходят в четвертое углубление, образованное в основании в месте установки второй комбинации рефлектора с устройством регулировки периметра контура, вторые стороны вторых каналов второго и третьего лазерных гироскопов выходят в пятое углубление, образованное в основании в месте установки третьей комбинации рефлектора и трехгранной призмы, первая сторона третьего канала, вторая сторона четвертого канала второго лазерного гироскопа, первая сторона первого канала, вторая сторона четвертого канала третьего лазерного гироскопа выходят в шестое углубление, образованное в основании в месте установки третьей комбинации рефлектора с устройством регулировки периметра контура, каждое отверстие, в котором установлен один из пары анодов, соединено с одним из первого и третьего каналов соответствующего лазерного гироскопа, отличающемся тем, что первое углубление в основании дополнено распространенным вглубь основания первым пазом, второе углубление дополнено вторым пазом, пятое углубление дополнено третьим пазом, в первый паз выходят вторые стороны первого канала первого лазерного гироскопа и третьего канала второго лазерного гироскопа, первое отверстие, отходящее от отверстия для катода, во второй паз выходят вторые стороны третьего канала первого лазерного гироскопа и первого канала третьего лазерного гироскопа, второе отверстие, отходящее от отверстия для катода, в третий паз выходят вторые стороны первого канала второго лазерного гироскопа и третьего канала третьего лазерного гироскопа, третье отверстие, отходящее от отверстия для катода, каждый из трех пазов выполнен с отношением длины паза к его ширине большим единицы, ось симметрии каждого паза, параллельная длинным сторонам паза, смещена относительно центральной оси углубления, в котором образован паз.

В частном случае в блоке лазерных гироскопов отношение длины паза к его ширине равно трем.

Вследствие того, что первое углубление в основании дополнено распространенным вглубь основания первым пазом, второе углубление дополнено вторым пазом, пятое углубление дополнено третьим пазом, в первый паз выходят вторые стороны первого канала первого лазерного гироскопа и третьего канала второго лазерного гироскопа, первое отверстие, отходящее от отверстия для катода, во второй паз выходят вторые стороны третьего канала первого лазерного гироскопа и первого канала третьего лазерного гироскопа, второе отверстие, отходящее от отверстия для катода, в третий паз выходят вторые стороны первого канала второго лазерного гироскопа и третьего канала третьего лазерного гироскопа, третье отверстие, отходящее от отверстия для катода, каждый из трех пазов выполнен с отношением длины к его ширине больше единицы, ось симметрии каждого паза, параллельная длинным сторонам паза, смещена относительно центральной оси углубления, в котором образован паз, обеспечивается понижение требований к источнику высоковольтного питания по мощности и напряжению, так как уменьшается длина разрядного промежутка.

Одновременно повышается надежность блока лазерных гироскопов вследствие того, что уменьшается вероятность изменения геометрии рефлекторов и снижения их отражательной способности в комбинациях рефлектора и трехгранной призмы по той причине, что образуемые в контурах лазерных гироскопов разрядными токами плазменные потоки минуют вышеуказанные рефлекторы.

На фиг.1 представлен общий вид блока лазерных гироскопов, на фиг.2 - вид по А фиг.1 блока лазерных гироскопов, на фиг.3 - вид основания, на фиг.4 - вид основания в разрезе по Б-Б фиг.3, на фиг.5 - вид основания в разрезе по В-В фиг.3, на фиг.6 - вид основания по Г фиг.3, на фиг.7 - вид основания по Д фиг.3, на фиг.8 - вид основания по Е фиг.4, на фиг.9 - вид основания в разрезе по Ж-Ж фиг.6, на фиг.10 - вид основания в разрезе по 3-3 фиг.6, на фиг.11 - вид основания в разрезе по И-И фиг.7, на фиг.12 - вид основания в разрезе по К-К фиг.7, на фиг.13 - вид основания в разрезе по Л-Л фиг.8, на фиг.14 - вид основания в разрезе по М-М фиг.8.

Блок лазерных гироскопов (фиг.1) содержит основание 1, на грани 2 которого установлена первая комбинация рефлектора 3' и трехгранной призмы 4', а на грани 5 -вторая комбинация рефлектора 3” и трехгранной призмы 4”. На грани 6 расположена первая комбинация 7' рефлектора с устройством регулировки периметра контура, вторая комбинация 7” рефлектора с устройством регулировки периметра контура установлена на грани 8, третья комбинация 7'” рефлектора с устройством регулировки периметра контура расположена на грани 9. На основании 1 расположены первая пара анодов 10', 10”, анод 10'” из второй пары анодов.

На грани 11 (фиг.2) основания 1 установлена третья комбинация рефлектора 3'” и трехгранной призмы 4'”, катод 12 расположен на грани 13. На основании 1 также расположены анод 10'^v из второй пары анодов, третья пара анодов 10^v, 10^v'.

В основании 1 (фиг.3) в месте установки первой комбинации рефлектора 3' и трехгранной призмы 4' выполнено первое углубление 14, которое дополнено первым пазом 15, идущим вглубь основания 1. Второе углубление 16 вместе со вторым пазом 17 образовано в месте установки второй комбинации рефлектора 3” и трехгранной призмы 4”. В месте установки первой комбинации 7' рефлектора с устройством регулировки периметра контура в основании 1 образовано третье углубление 18, четвертое углубление 19 выполнено в месте установки второй комбинации 7” рефлектора с устройством регулировки периметра контура. От отверстия 20, предназначенного для установки в основании 1 катода 12, лучами расходятся входящее в первый паз 15 первое отверстие 21 и второе отверстие 22, входящее во второй паз 17. Первый лазерный гироскоп содержит последовательно расположенные первый 23, второй 24, третий 25 и четвертый 26 каналы, образующие замкнутый четырехугольный контур. Первые стороны первого 23 и четвертого 26 каналов выходят в третье углубление 18, вторая сторона первого канала 23 выходит в первый паз 15. Первая сторона второго канала 24 выходит в первое углубление 14, в четвертое углубление 19 выходят первая сторона третьего канала 25 и вторая сторона четвертого канала 26. Во второй паз 17 выходит вторая сторона третьего канала 25, вторая сторона второго канала 24 выходит во второе углубление 16. В первый канал 23 выходит отверстие 27, отходящее от анода 10' из первой пары анодов, отверстие 28 от анода 10” из первой пары анодов выходит в третий канал 25.

Пятое углубление 29 (фиг.4) в основании 1, образованное в месте установки третьей комбинации рефлектора 3'” и трехгранной призмы 4'”, дополнено идущим вглубь основания 1 третьим пазом 30. В месте расположения третьей комбинации 7'” рефлектора с устройством регулировки периметра контура выполнено шестое углубление 31. Контур второго лазерного гироскопа содержит первый 32, второй 33, третий 34 и четвертый 35 каналы. Первые стороны первого 32 и четвертого 35 каналов выходят в четвертое углубление 19, вторая сторона первого канала 32 выходит в третий паз 30, в который входит также отверстие 36, отходящее от отверстия 20 для установки катода 12. Первая сторона второго канала 33 выходит в первое углубление 14, в шестое углубление 31 выходят первая сторона третьего канала 34 и вторая сторона четвертого канала 35. В первый паз 15 выходит вторая сторона третьего канала 34, вторая сторона второго канала 33 выходит в пятое углубление 29. В первый канал 32 выходит отверстие 37 от анода 10^v из анодов третьей пары анодов, отверстие 38 от анода 10^v' из анодов третьей пары анодов выходит в третий канал 34.

Контур (фиг.5) третьего лазерного гироскопа содержит первый 39, второй 40, третий 41 и четвертый 42 каналы. Первые стороны третьего 41 и четвертого 42 каналов выходят в третье углубление 18. Первая сторона первого канала 39 и вторая сторона четвертого канала 42 выходят в шестое углубление 31. Во второе углубление 16 входит первая сторона второго канала 40, вторая сторона которого входит в пятое углубление 29. Вторая сторона первого канала 39 входит во второй паз 17. В третий паз 30 выходит вторая сторона третьего канала 41. В первый канал 39 выходит отверстие 43 от анода 10'” из анодов второй пары анодов, отверстие 44 от анода 10'^v из анодов второй пары анодов выходит в третий канал 41.

Каналы контуров всех трех лазерных гироскопов заполнены газовой смесью гелия с неоном.

Продольная ось симметрии 45-45 (фиг.6) первого паза 15 параллельна длинным сторонам первого паза и отстоит на расстоянии L₁ от центральной оси первого углубления 14, проекция которой обозначена точкой О. Отношение длины L₂ первого паза 15 к его ширине L₃ больше единицы и в предпочтительном исполнении равно трем. Первые стороны вторых каналов 24 и 33 первого и второго лазерных гироскопов соответственно выходят наружу непосредственно из первого углубления 14, вторые стороны первого канала 23 первого лазерного гироскопа и третьего канала 34 второго лазерного гироскопа, первое отверстие 21, отходящее от отверстия 20 для установки катода 12, выходят наружу через первый паз 15.

Ось симметрии 46-46 (фиг.7) второго паза 17 также смещена относительно центральной оси второго углубления 16. Вторая сторона второго канала 24 первого лазерного гироскопа, первая сторона второго канала 40 третьего лазерного гироскопа выходят наружу непосредственно из второго углубления 16. Вторые стороны третьего канала 25 первого лазерного гироскопа, первого канала 39 третьего лазерного гироскопа, идущее от отверстия 20 второе отверстие 22 выходят наружу через второй паз 17.

Третий паз 30 (фиг.8) также выполнен так, что его ось симметрии 47-47 смещена относительно центральной оси пятого углубления 29. Вторые стороны вторых каналов 33 и 40 второго и третьего лазерных гироскопов выходят наружу непосредственно из пятого углубления 29. Вторые стороны первого канала 32 второго лазерного гироскопа, третьего канала 41 третьего лазерного гироскопа и третье отверстие 36, отходящее от отверстия 20 для установки катода 12, выходят наружу через третий паз 30.

Первый паз 15 (фиг.9) выполнен на глубину h в основании 1. Отверстие 48 образовано в месте выхода в первый паз 15 третьего канала 34 второго лазерного гироскопа, отверстие 49 - в месте выхода первого канала 23 первого лазерного гироскопа.

Отверстие 50 (фиг.10) образовано в месте выхода в первый паз 15 первого отверстия 21, отходящего от отверстия 20 для установки катода 12.

Во втором пазу 17 (фиг.11) выполнено отверстие 51 в месте выхода во второй паз 17 третьего канала 25 первого лазерного гироскопа, отверстие 52 - в месте выхода первого канала 39 третьего лазерного гироскопа.

Отверстие 53 (фиг.12) образовано в месте выхода во второй паз 17 второго отверстия 22, отходящего от отверстия 20 для установки катода 12.

В третьем пазу 30 (фиг.13) отверстие 54 образовано в месте выхода в третий паз 30 третьего канала 41 третьего лазерного гироскопа, отверстие 55 - в месте выхода первого канала 32 второго лазерного гироскопа.

Отверстие 56 (фиг.14) образовано в месте выхода в третий паз 30 третьего отверстия 36, отходящего от отверстия 20 для установки катода 12.

Работа блока лазерных гироскопов иллюстрируется на принципе работы первого лазерного гироскопа. В результате приведения в действие блока лазерных гироскопов от анода 10' через отверстие 27, по первому каналу 23 первого лазерного гироскопа, от отверстия 49 в первом пазу 15 к отверстию 50 в нем же, по первому отверстию 21, отверстию 20 к катоду 12 проходит ток одного направления. Противоположный ему ток проходит от анода 10” через отверстие 28, по третьему каналу 25 первого лазерного гироскопа, от отверстия 51 во втором пазу 17 к отверстию 53 во втором пазу 17, по второму отверстию 22, отверстию 20 к катоду 12. В результате в контуре первого лазерного гироскопа возникают два световых потока на одной несущей частоте, но противоположных по фазе. При наличии угловой скорости относительно оси блока лазерных гироскопов, перпендикулярной плоскости контура первого лазерного гироскопа, происходит частотная модуляция электромагнитных колебаний, пропорциональная угловой скорости. Получающаяся разность частот световых потоков после выхода из трехгранной призмы фиксируется фотоприемником, электрический сигнал которого является мерой измеряемой угловой скорости. Так как разрядные токи от анодов 10', 10” к катоду 12 минуют рефлекторы 3', 3”, то формируемые разрядными токами плазменные потоки обходят рефлекторы 3', 3”. В результате рефлекторы 3', 3” не подвергаются воздействию плазменных потоков, которые могли бы вызвать изменение геометрии и отражательной способности рефлекторов 3', 3”.

Аналогичным образом при прохождении разрядных токов от анодов 10^v, 10^v' к катоду 12 в контуре второго лазерного гироскопа плазменные потоки минуют рефлекторы 3', 3'”, плазменные потоки обходят рефлекторы 3”, 3'” при прохождении разрядных токов от анодов 10'”, 10'^v к катоду 12 в контуре третьего лазерного гироскопа.

Таким образом рефлекторы 3', 3”, 3'” при работе всех трех лазерных гироскопов не изменяют свою геометрию и не теряют отражательную способность вследствие отсутствия воздействия плазменных потоков.

Вследствие этого повышается надежность блока лазерных гироскопов.

Так как в каждом из контуров лазерных гироскопов сокращается длина расстояния для прохождения разрядного тока, то понижаются требования к источнику высоковольтного питания по мощности и напряжению.

Источники информации

1. Патент ЕР №0857946 А1, кл. G01C 19/70. Despositifde fixation d'un bloc optique de gyrometer un mecanisme d'activation. 1988 г.

2. Патент РФ №2210737, кл. G01C 19/66. Трехосный лазерный прецессионный гироскоп, симметричный относительно его приводной оси. 2003 г.