СИСТЕМА РЕГУЛИРОВКИ ПЕРИМЕТРА ЗЕЕМАНОВСКОГО ЛАЗЕРНОГО ГИРОСКОПА

Изобретение относится к гироскопам и измерительной технике и может быть использовано для регулировки периметра 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.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа [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], включающая 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.

Задачей, которая решается в предложенном изобретении, является повышение точности регулировки.

Требуемый технический результат заключается в повышении точности регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа путем введения дополнительного арсенала технических средств, уменьшающих влияние разности интенсивностей встречных волн.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в систему, включающую 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, первый 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 первого синхронного детектора, и усилитель, первый вход которого соединен с выходом интегратора со сбросом, а выход соединен с пьезоприводом кольцевого лазера, согласно изобретению введены второй синхронный детектор, первый вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, а второй вход соединен с выходом усилителя, интегратор, вход которого соединен с выходом второго синхронного детектора, и синхронный модулятор, первый вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, второй вход соединен с выходом интегратора, а выход соединен со вторым входом усилителя.

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - функциональная схема системы регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа;

на фиг. 2 - рисунок, иллюстрирующий расстройку периметра (интенсивности в одном луче) в зеемановском лазерном гироскопе;

на фиг. 3 - зависимость амплитуды сигнала расстройки периметра от величины расстройки при равенстве интенсивностей встречных волн (кривая 1) и при неравных интенсивностях встречных волн (кривая 2);

на фиг. 4 - зависимость частоты биений встречных волн на выходе кольцевого лазера от расстройки.

Система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа (фиг. 1) включает фотоприемник 1 излучения кольцевого лазера 2, вход которого является входом излучения кольцевого лазера, оснащенного пьезоприводом 3 и содержащего блок 4 частотной подставки, вход которого является входом сигнала F_о знакопеременной подставки, а выход соединен с невзаимным устройством 5 кольцевого лазера 2, включенным в его резонатор.

Кроме того, система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа содержит первый синхронный детектор 6, первый вход которого соединен с выходом фотоприемника 1 излучения кольцевого лазера, а второй вход является входом сигнала F_о знакопеременной подставки, интегратор 7 со сбросом, вход которого соединен с выходом первого синхронного детектора 6, и усилитель 8, первый вход которого соединен с выходом интегратора 7 со сбросом, а выход соединен с пьезоприводом 3 кольцевого лазера.

Система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа содержит также второй синхронный детектор 9, первый вход которого является входом сигнала F_о знакопеременной подставки, а второй вход соединен с выходом усилителя 8, интегратор 10, вход которого соединен с выходом второго синхронного детектора 9, и синхронный модулятор 11, первый вход которого является входом сигнала F_о знакопеременной подставки, второй вход соединен с выходом интегратора 10, а выход соединен со вторым входом усилителя 8.

Работает система регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа следующим образом.

Для иллюстрации сущности изобретения рассмотрим принцип формирования сигнала расстройки периметра (интенсивности в одном луче) в зеемановском лазерном гироскопе (фиг. 2), где показано возникновение модуляции интенсивности AG в одном луче при наложении переменного магнитного поля Н. Из фиг. 2 следует, что зависимость амплитуды модуляции интенсивности _ΔG в одном луче от расстройки имеет вид прямой, проходящей через ноль (прямая 1 на фиг. 3). Однако ситуация меняется, если интенсивность излучения G₊ в полупериоде, соответствующему положительному полю Н₊, отличается от интенсивности G_-, соответствующей отрицательному полю Н_-. Причиной возникновения разности интенсивностей может быть, например, возникновение анизотропии круговой поляризации встречных волн, либо неравенство коэффициентов рассеяния встречных волн в резонаторе кольцевого лазера. В этом случае зависимость амплитуды модуляции интенсивности _ΔG в одном луче от расстройки не проходит через ноль (прямая 2 на фиг. 3). Эта прямая показывает, что нуль разности интенсивности соответствуют расстройке F₁ относительно центра линии усиления.

Зависимость частоты выходного сигнала F_o от расстройки периметра _ΔF при наличии знакопеременного поля на среде описывается кривой 1 на фиг. 4. При наличии периодического воздействия F₂ на длину периметра (кривая 2 на фиг. 4) в выходной частоте наблюдается соответствующее изменение (кривая 3 на фиг. 4). Такое изменение частоты именуется "динамическим дрейфом" лазерного гироскопа. Природа явления подробно рассмотрена, например, в [Яременко, Мельникова. "Влияние нелинейности характеристик активной среды на стабильность выходных сигналов в квантовых приборах с автоматической стабилизацией параметров" Электронная техника. Лазерная техника и оптоэлектроника. Вып 1 (57), 1991].

При совпадении частоты F₂ с частотой знакопеременной подставки F_o динамический дрейф будет константой. Величина динамического дрейфа в этом случае описывается соотношением:

ΔW=4/3p*fo*c*ΔU/U*ΔF/Fλ,

где ΔU - амплитуда синхронной составляющей на пьезоприводе, В;

Uλ - межмодовое расстояние, В;

ξo - безразмерная статическая расстройка, ξo=ΔF/Fλ;

ΔF - расстройка относительно центра линии, МГц;

Fλ = 1500 - расстояние между модами одной поляризации, МГц;

с=5 - параметры кривизны контура активной среды;

К - масштабный коэффициент (К=2.75).

Если задаться величинами, реально наблюдаемыми в кольцевом лазере ΔU=10 мВ, Uλ=40В, ΔF/Fλ=0.002 (в единицах межмодового расстояния), то получаем сдвиг нуля, обусловленный динамическим дрейфом ΔW=0.1°/час. Величина ΔU=10 мВ обусловлена наводками на пьезопривод со стороны невзаимного устройства внутри кольцевого лазера. Таким образом, при наличии принципиально неустранимых флуктуаций разности интенсивностей в кольцевом лазере, приводящих к статической расстройке 0.002, для достижения стабильности дрейфа нуля лучше 0.01°/час необходимо обеспечить наличие синхронных составляющих в напряжении на пьезоприводе не более 1 мВ. Чтобы получить меньшие величины синхронной составляющей, необходимо в систему регулировки периметра ввести средства, обеспечивающие минимизацию значения синхронной составляющей в напряжении на пьзоприводе, т.е. средства регулирования по синхронной составляющей.

Для этой цели в системе необходимо измерить синхронную составляющую в напряжении на пьзоприводе, усилить, преобразовать в напряжение синхронное F_o и подать в противофазе на пьезопривод. Такая задача решается введением в систему регулировки периметра измерителя синхронной составляющей _ΔU_c (второй синхронный детектор 9), интегратора 10 и синхронного модулятора 11.

С выхода синхронного модулятора 11 напряжение, содержащее напряжение на частоте F_o, подается на второй (вычитающий) вход в усилитель 8 и, таким образом, сводит к нулю синхронную составляющую, изначально присутствующую в системе.

Таким образом, благодаря введению дополнительных технических средств, включающих второй синхронный детектор, первый вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, а второй вход соединен с выходом усилителя, интегратор, вход которого соединен с выходом второго синхронного детектора, и синхронный модулятор, первый вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, второй вход соединен с выходом интегратора, а выход соединен со вторым входом усилителя, достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении точности регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа.