Результат интеллектуальной деятельности: Устройство регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа

Изобретение относится к гироскопам и измерительной технике и может быть использовано для регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа.

Известно устройство [RU 2270454, С2, G01R 25/00, G01R 27/28, 22.02.2006], содержащее два двухканальных мультиплексора, выходы которых подключены к входам измерителя временных сдвигов, выход измерителя временных сдвигов подключен к входу блока вычисления оценки разности группового времени запаздывания, входы одного из мультиплексоров подключаются к входам исследуемого усилителя, а входы другого мультиплексора - к выходам усилителя, при этом разность группового времени запаздывания сигналов, поступающих с выходов тестируемого усилителя, измеряется путем поочередного измерения запаздывания, возникающего в каждом из каналов усилителя.

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности.

Известно также устройство [RU 136586, U1, G01R 29/02, H01S 3/083, 10.01.2014], содержащее первый делитель напряжения, коробку соединительную, первый и второй входы которой соединены с первым и вторым выходами датчика лазерных гироскопов, а группа входов соединена с группой выходов первого делителя напряжения, второй делитель напряжения, группа входов которого соединена с группой входов датчика лазерных гироскопов и с группой выходов коробки соединительной, выход которой соединен с входом второго делителя напряжения, а также осциллограф, первый вход которого соединен с выходом первого делителя напряжения, а второй и третий входы соединены с первым и вторым выходами второго делителя напряжения соответственно.

Недостатком этого устройства также является относительно узкие функциональные возможности.

Кроме того, известно техническое решение [Система регулировки периметра для зеемановского кольцевого лазера с настройкой на продольную моду с заданной четностью. Электронная техника. Лазерная техника и оптоэлектроника. Вып.1 (57), 1991, стр. 68], включающее фотоприемник излучения кольцевого лазера, вход которого является входом излучения кольцевого лазера, оснащенного пьезоприводом и содержащего блок частотной подставки, вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, а выход соединен с невзаимным устройством кольцевого лазера, включенным в его резонатор, синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом фотоприемника излучения кольцевого лазера, а второй вход является входом сигнала знакопеременной подставки, интегратор со сбросом, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, и усилитель, первый вход которого соединен с выходом интегратора со сбросом, а выход соединен с пьезоприводом кольцевого лазера.

Эта система является замкнутой системой регулирования, использующая в качестве сигнала рассогласования сигнал интенсивности излучения в одном луче кольцевого лазера, а в качестве регулирующего элемента пьезоэлектрический привод кольцевого лазера.

Недостатком этой системы является относительно низкая точность, вызванная возникновением разности интенсивностей встречных волн, причиной которой, в частности, является анизотропия круговой поляризации встречных волн и неравенство коэффициента рассеяния встречных волн в резонаторе.

Помимо указанных выше, известно устройство [RU 2589756, C1, G01C 19/66, G01R 29/02, H01S 3/083, 10.07.2016], включающее фотоприемники выходного излучения кольцевого лазера, оснащенного четырьмя зеркалами, первое и втрое из которых выполнены с пьезоприводом, третье является отражающим, а на четвертое установлен оптический смеситель, формирующий выходное излучение кольцевого лазера, а также блоком частотной подставки, катушки которого включены в плечи кольцевого лазера, и генератором синхроимпульсов, первый выход которого соединен с входом блока частотной подставки, блок счетчиков импульсов сигналов SinA и CosA частоты биений встречных волн продольной моды А и импульсов сигналов SinB и CosB частоты биений встречных волн продольной моды В, процессор, первый вход которого соединен с выходом блока счетчиков, а второй вход соединен со вторым выходом генератора синхроимпульсов, цифро-аналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом процессора, и усилитель, вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, а выход соединен с управляющими входами пьезоприводов первого и второго зеркал кольцевого лазера.

Недостатком этого устройства является относительно низкая точность регулирования.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа [RU 2744420, C1, G01C 19/66, G01R 29/02, H01S 3/086, 09.03.2021], включающее фотоприемники выходного излучения кольцевого лазера, оснащенного четырьмя зеркалами, первое и втрое из которых выполнены с пьезоприводом, третье является отражающим, а на четвертое установлен оптический смеситель, формирующий выходное излучение кольцевого лазера, а также блоком частотной подставки, катушки которого включены в плечи кольцевого лазера, и генератором синхроимпульсов, первый выход которого соединен с входом блока частотной подставки, блок счетчиков импульсов сигналов SinA и CosA частоты биений встречных волн продольной моды А и импульсов сигналов SinB и CosB частоты биений встречных волн продольной моды В, процессор, первый вход которого соединен с выходом блока счетчиков, а второй вход соединен со вторым выходом генератора синхроимпульсов, цифро-аналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом процессора, и усилитель, вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, а выход соединен с управляющими входами пьезоприводов первого и второго зеркал кольцевого лазера.

Недостатком устройства является низкое быстродействие и относительно низкая точность регулирования, вызванная относительно высокой чувствительностью к угловым ускорениям, механическим ударам и вибрациям.

Задачей, которая решается в предложенном изобретении, является создание устройства, обладающее более высокой точностью регулировки в условиях возможных угловых ускорений и механических воздействий.

Требуемый технический результат заключается в повышении точности регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа путем введения дополнительного арсенала технических средств, повышающих быстродействие системы регулирования и уменьшающих влияние угловых ускорений, механических ударов и вибраций,

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, включающее фотоприемники выходного излучения кольцевого лазера, который оснащен четырьмя зеркалами, первое и второе из которых выполнены с пьезоприводом, третье и четвертое зеркало являются частично прозрачными, а на четвертом зеркале установлен оптический смеситель, формирующий выходное излучение кольцевого лазера, который оснащен блоком частотной подставки, катушки которого включены в плечи кольцевого лазера, и генератором синхроимпульсов, выход которого соединен с входом блока частотной подставки, согласно изобретению, введены фотоприемник сигнала регулировки, установленный на выходе третьего зеркала кольцевого лазера, и последовательно соединенные полосовой усилитель, вход которого соединен с выходом фотоприемника сигнала регулировки, детектор, аналого-цифровой преобразователь, цифровой блок формирования сигнала регулировки, цифро-аналоговый преобразователь и усилитель, выход которого соединен с входами управления первого и второго зеркал, выполненных с пьезоприводом.

На чертеже представлена функциональная схема устройства регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа.

Устройство включает фотоприемники 1 выходного излучения кольцевого лазера 2, который оснащен четырьмя зеркалами, первое 3 и втрое 4 из которых выполнены с пьезоприводом, третье 5 является полупрозрачным, а на четвертое 6 установлен оптический смеситель 7, формирующий выходное излучение кольцевого лазера 2, который оснащен блоком 8 частотной подставки, катушки 9 которого включены в плечи кольцевого лазера 2, и генератором 10 синхроимпульсов, выход которого соединен с входом блока 8 частотной подставки.

Кроме того, устройство содержит фотоприемник 11 сигнала регулировки, установленный на выходе третьего зеркала 5 кольцевого лазера 2, и последовательно соединенные полосовой усилитель 12, вход которого соединен с выходом фотоприемника 11 сигнала регулировки, детектор 13, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14, цифровой блок 15 формирования сигнала регулировки, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) цифровой блок 15 формирования сигнала регулировки 16 и усилитель 17, выход которого соединен с входами управления первого 3 и второго 4 зеркал, выполненных с пьезоприводом.

Работает устройства регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа следующим образом.

Сигнал суммы волн «+» и «-» от фотоприемника 11 сигнала регулировки усиливается полосовым усилителем 12, настроенным на среднюю частоту Δv (например 52,36 МГц с полосой пропускания 0,26 МГц). Сигнал U₀ с выхода полосового усилителя 12 выпрямляется детектором 13 и через АЦП 14 передается в цифровой блок 15 формирования сигнала регулировки, который управляет ЦАП 16. Цифровой блок 15 меняет напряжение на ЦАП так, чтобы периметр резонатора увеличился на 0,001λ. После этого АЦП вновь формирует сигнал U₁ на выходе детектора 13 и передает в цифровой блок 15, который сравнивает сигналы U₁ и U₀. Если U₁ > U₀, то цифровой блок 15 изменяет напряжение на ЦАП 16 так, чтобы периметр кольцевого лазера 2 увеличился на 0,001λ. Далее вновь измеряется сигнал U₂ на выходе детектора 13 и передается в цифровой блок 15. Если U₂>U₁, то этот блок изменяет сигнал на входе ЦАП 16 так, чтобы периметр кольцевого лазера вновь увеличился на 0,001λ. Если же U_i≤U_i-1, то цифровой блок 15 изменяет напряжение на входе ЦАП 16 так, чтобы периметр кольцевого лазера 2 уменьшился на 0,001λ. Так происходит настройка периметра кольцевого лазера 2 на максимум сигнала на выходе детектора 13. Такая система регулировки периметра обладает высоким быстродействием, которое принципиально ограничено полосой пропускания усилителя фотоприемника, а на практике быстродействием цифровых схем и применяемого алгоритма. Благодаря этому предлагаемая система малочувствительна к угловым ускорениям и другим механическим воздействиям.

Эксперименты показывают, что ошибка измерения угловой скорости при реальных угловых ускорениях и такте работы 0,01 с уменьшается до 30 раз.

Этим самым подтверждается достижение требуемого технического результата, заключающегося в повышении точности регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа путем введения дополнительного арсенала технических средств, уменьшающих влияние угловых ускорений, механических ударов и вибраций.