СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ МАГНИТНОГО ДРЕЙФА ЗЕЕМАНОВСКИХ ЛАЗЕРНЫХ ГИРОСКОПОВ
METHOD OF DECREASING OF MAGNETIC DRIFT OF ZEEMAN LASER GYROSCOPES

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в конструкциях зеемановских лазерных гироскопов (ЗЛГ) из материалов, на границах которых возникает термоЭДС, являющаяся причиной возникновения в них магнитного (т.е. вызванного магнитным полем) дрейфа нуля.
-7
-7
Известен способ, относящийся к области соединения изделий из стекла или стеклокерамики с изделиями из другого неорганического материала и который может применяться для герметичного соединения изделия из ситалла с металлической, а именно алюминиевой, деталью и более конкретно может использоваться для герметичного соединения ситаллового моноблока кольцевого лазерного гироскопа с алюминиевыми электродами [RU 2238249 C2, C03C 27/00, 20.10.2004], включающий установку детали на стеклокерамическом блоке, подачу электрического напряжения между стеклокерамическим блоком и деталью, причем перед установкой детали на стеклокерамическом блоке сопрягаемую поверхность стеклокерамического блока доводят до класса шероховатости не ниже Rz 0,1 и оптической чистоты не ниже PIII, а сопрягаемую поверхность детали доводят до класса шероховатости Rz 0,4, при этом подачу электрического напряжения между стеклокерамическим блоком и деталью осуществляют в течение 25-35 мин при величине напряжения 950-1050 В постоянного тока при температуре окружающей среды 300-400°C и давлении окружающей среды от 6,0·10 до 7,0·10 Па.
Недостатком способа является относительно узкая область применения, поскольку, несмотря на то, что известный способ позволяет повысить точность и долговечность ЗЛГ за счет оптимизации состава активной газовой среды ЗЛГ, а также за счет сохранения отражающей способности зеркал ЗЛГ в процессе его эксплуатации, но не позволяет улучшить характеристики ЗЛГ путем уменьшения магнитного дрейфа нуля.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ, относящийся к области соединения изделий, имеющих в своем составе материалы, несогласованные по температурному коэффициенту линейного расширения, например используемые при изготовлении ЗЛГ стеклокерамики с металлической деталью [RU 2484930 C1, B23K 1/20, C03C 27/04, 20.06.2013], включающий установку детали на стеклокерамическом блоке, причем между соединяемыми поверхностями создают валик путем напыления порошка под углом 75-90° по отношению к создаваемому соединению, после этого блок с деталью устанавливают в печь, нагретую до температуры 400-450°C, и выдерживают при этой температуре не менее 1 ч, затем охлаждают до комнатной температуры со скоростью не более 5°C/мин.
Недостатком наиболее близкого технического решения также является относительно узкая область применения, поскольку, несмотря на то, что известный способ позволяет повысить точность и сохраняемость ЗЛГ за счет надежного соединения металлических анодов с ситалловым блоком электродов, предназначенным для работы в ЗЛГ, но не позволяет улучшить характеристики ЗЛГ путем уменьшения магнитного дрейфа нуля.
Задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является уменьшение магнитного дрейфа зеемановских лазерных гироскопов, вызванного термоЭДС, возникающей на границах различных металлов в конструкции ЗЛГ с целью улучшения их характеристик.
Требуемый технический результат заключается в уменьшении магнитного дрейфа зеемановских лазерных гироскопов, вызванного термоЭДС на границах различных металлов в их конструкции с целью улучшения их характеристик гироскопов.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что перед креплением магнитного экрана к корпусу зеемановского лазерного гироскопа на элементы крепления и по крайней мере в местах соприкосновения магнитного экрана к корпусу, на корпус и/или магнитный экран наносят пленку из полимерного материала парилен толщиной 7…10 мкм.
На чертежах представлены:
на фиг.1 - общий вид конструкции зеемановского лазерного гироскопа с корпусом и магнитным экраном;
на фиг.2 - эквивалентная электрическая схема соединения корпуса и магнитного экрана зеемановского лазерного гироскопа;
на фиг.3 - зависимости магнитного дрейфа от температуры внутри зеемановского лазерного гироскопа;
на фиг.4 - магнитный длрейф зеемановского лазерного гироскопа в период его включения (верхняя кривая - без использования пленки парилен, нижняя - при ее наличии).
1
2
На фиг.1 представлены зеемановский лазерный гироскоп 1, установленный в корпус 2 с магнитным экраном 3, где r - расстояние от магнитного экрана 3 до зеемановского лазерного гироскопа 1, r - расстояние от корпуса 2 до до зеемановского лазерного гироскопа 1.
1
2
1
2
3
На фиг.2 обозначены: E - термоЭДС перехода 79НМ-Д16, E - термоЭДС перехода Д16-79НМ, R - сопротивление верхней части корпуса 2, R - сопротивление корпуса 2, R - сопротивление магнитного экрана 3, включая сопротивление переходов между корпусом 2 и магнитным экраном 3.
Реализуется предложенный способ следующим образом.
Рассмотрим типовую конструкцию (фиг.1) зеемановского лазерного гироскопа 1 с корпусом 2 и магнитным экраном 3. В ней имеются по крайней мере четыре сопряжения разнородных металлов, на границах которых возникает термоЭДС. Эквивалентная электрическая схема корпуса и магнитного экрана зеемановского лазерного гироскопа представлена на фиг.2. Как следует из электрической схемы, ток I протекает по корпусу 2 и экрану 3 в противоположных направлениях. Величина этого тока равна:
1
2
Величина E-E - термопарная ЭДС Д16-79НМ определяется формулой:
Здесь α - коэффициент термоЭДС пары «корпус-магнитный экран», ΔT - разность температур основания и верхней части корпуса.
1
2
Из-за разности величин расстояния r (расстояние от магнитного экрана 3 до зеемановского лазерного гироскопа 1) и r (расстояние от корпуса 2 до до зеемановского лазерного гироскопа 1) напряженность магнитного поля внутри зеемановского лазерного гироскопа 1 оказывается не равной нулю
Можно получить оценку величины напряженности этого магнитного поля и соответственно магнитного дрейфа для типовых условий.
2
3
1
2
-4
Для примера возьмем ЗЛГ типа «К-5» производства ОАО НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха. В нем α≈30 мкВ/°C, ΔT≈7°C, R+R≈0.2 Ом, r≈0,04 м, r≈0,005 м. Соответственно оценка напряженности этого магнитного поля равна H=3.15*10 Э. Магнитная чувствительность данного ЗЛГ к магнитному полю, приложенному вдоль оси канала ≈7000°/чЭ, поэтому оценочное значение магнитного дрейфа получим ≈2,2°/ч. Величина магнитного дрейфа быстро изменяется с самопрогревом прибора, причем это изменение примерно одинаково при различных температурах (фиг.3).
Одним из способов уменьшения магнитного дрейфа является расположение между корпусом 2, например, из сплава алюминия Д16 и магнитным экраном 3, например, из пермаллоя 79НМ, диэлектрических пластин, например, из стеклотекстолита или фторопласта. Однако это не решает проблемы полностью, поскольку экраны крепятся к корпусу металлическими винтами, через которые и осуществляется электрический контакт. Использование же диэлектрических винтов невозможно из-за их малой механической прочности.
2
3
Согласно предложенному способу существенное снижение магнитного дрейфа достигается путем нанесения на деталях корпуса непроводящей пленки, препятствующей протеканию тока. Это эквивалентно существенному увеличению в формуле (3) сопротивления переходов R и R.
С целью обеспечения полной изоляции корпуса и экранов нами предлагается покрытие корпуса, элементов крепления (винтов) и экранов тонкой пленкой из полимерного материала типа парилен, толщиной 7…10 мкм. Такая пленка, с одной стороны, обеспечивает электрическую изоляцию корпуса, винтов и экранов, а, с другой стороны, она настолько тонка, что не препятствует заворачиванию винтов. Прочность и твердость этой пленки гарантируют отсутствие ее повреждений при сопряжении деталей, а также при воздействии повышенных и пониженных температур, ударов и вибрации. При этом снижение толщины пенки не дает гарантий ее прочности при возможных дефектах изготовления, а увеличение толщины приводит к затруднениям в использовании элементов крепления (заворачивании винтов).
Для упрощения технологии пленка может быть нанесена по всей внешней поверхности корпуса и на внутренней поверхности магнитного экрана.
Экспериментальное подтверждение существенного уменьшения магнитного дрейфа приведено на фиг.4, где магнитный дрейф зеемановского лазерного гироскопа в период его включения показан на верхней кривой при условии, когда пленка парилен не используется, и на нижней кривой - при ее наличии.
Таким образом, благодаря введенной операции способа, заключающейся в том, что перед креплением магнитного экрана к корпусу зеемановского лазерного гироскопа на элементы их крепления и по крайней мере в местах соприкосновения магнитного экрана к корпусу, на корпус и/или магнитный экран наносят пленку из полимерного материала парилен толщиной 7…10 мкм. Достигается требуемый технический результат, заключающийся в уменьшении магнитного дрейфа зеемановских лазерных гироскопов, вызванного термоЭДС на границах различных металлов в их конструкции.