БЛОК ЛАЗЕРНЫХ ГИРОСКОПОВ
UNIT OF LASER GYROSCOPES

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 основание, выполненный в виде куба оптический блок с n лазерными гироскопами, устройство активации механических колебаний.
Недостатком такого блока лазерных гироскопов является отсутствие резервирования при измерении угловой скорости по трем ортогональным осям в случае отказа одного из лазерных гироскопов.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности блока лазерных гироскопов и повышение точности измерения угловых скоростей.
Данный технический результат достигается в блоке лазерных гироскопов, содержащем основание, выполненный в виде куба оптический блок с n лазерными гироскопами, устройство активации механических колебаний, отличающемся тем, что в оптическом блоке выполнено шесть лазерных гироскопов, плоскости каналов которых распределены так, что относительно каждой грани куба есть ближайшая плоскость канала лазерного гироскопа, плоскости каналов, прилежащих к противоположным граням куба, расположены симметрично относительно соответствующей плоскости симметрии куба, у одного из образованных плоскостями трех граней куба трехгранного угла в центре каждой грани выполнено отверстие, ось которого перпендикулярна плоскости грани, отверстие выполнено глубиной не меньшей суммы расстояния от плоскости грани до центра куба и радиуса отверстия, основание выполнено так, что в нем образованы три взаимно перпендикулярных стенки, плоскости которых образуют трехгранный угол, в устройстве активации механических колебаний выполнено три резонатора, каждый резонатор выполнен в виде последовательно расположенных по его продольной оси цанговой части диаметром, равным диаметру отверстия в оптическом блоке, плоской части и цилиндрической части с наружной винтовой нарезкой, в торце цанговой части резонатора выполнено углубление, имеющее вид части поверхности сферы диаметром, равным диаметру отверстия в оптическом блоке, в цанговой части выполнены проходящие поперек углубления в нем канавки, плоская часть резонатора выполнена в виде прямоугольника в сечении, перпендикулярном продольной оси резонатора, в центре оптического блока через отверстия в нем установлен шарик диаметром, равным диаметру отверстия в оптическом блоке, каждый из резонаторов установлен в соответствующем отверстии в оптическом блоке до упора в поверхность шарика поверхностью углубления в торцевой части резонатора, оптический блок установлен в основание так, что трехгранные углы оптического блока и основания совмещены, каждый резонатор своей цилиндрической частью с винтовой нарезкой ввинчен в соответствующее образованное в стенке резьбовое отверстие, каждый резонатор установлен так, что плоскости плоской части резонатора расположены параллельно ребру трехгранного угла в плоскости, проходящей через диагональ куба, включающую вершину трехгранного угла в оптическом блоке с гранями, в которых образованы отверстия.
При выполнении шести лазерных гироскопов, плоскости каналов которых расположены попарно симметрично относительно пар противоположных граней оптического блока, повышается надежность блока лазерных гироскопов вследствие дублирования лазерных гироскопов при измерении угловой скорости относительно трех осей блока лазерных гироскопов.
Путем выполнения трех взаимно перпендикулярных стенок в основании, выполнения отверстий в гранях оптического блока, образующих один из трехгранных углов, помещения шарика в центр оптического блока, выполнения резонаторов с плоской частью и углублением в одном из его торцев, который упирается в шарик, обеспечиваются угловые колебания оптического блока относительно оси, проходящей через центр оптического блока. Вследствие этого устраняются угловые колебания оптического блока в направлении, перпендикулярном оси колебаний. В результате повышается точность измерения угловой скорости по всем трем осям блока лазерных гироскопов.
На фиг.1 представлен общий вид блока лазерных гироскопов в аксонометрической проекции, на фиг.2 - вид оптического блока со стороны одной из граней, на фиг.3, 4 - разрезы оптического блока на виде фиг.2, на фиг.5 - вид оптического блока со стороны второй из его граней, на фиг.6, 7 - разрезы оптического блока на виде фиг.5, на фиг.8 - вид оптического блока со стороны третьей его грани, на фиг.9, 10 - разрезы оптического блока на виде фиг.8, на фиг.11 - общий вид блока лазерных гироскопов, на фиг.12, 13 - разрезы блока лазерных гироскопов, на фиг.14 - общий вид резонатора, на фиг.15 - вид на резонатор со стороны цанговой части, на фиг.16 - вид резонатора в разрезе, на фиг.17 - условное изображение оптического блока в аксонометрической проекции.
Блок лазерных гироскопов (фиг.1) содержит основание 1 с первой стенкой 2, второй стенкой 3 и третьей стенкой 4. Плоскость 5 первой стенки 2, плоскость 6 второй стенки 3 и плоскость 7 третьей стенки 4 взаимно перпендикулярны и образуют трехгранный угол. В оптическом блоке 8 в виде куба первая грань 9, вторая грань 10 и третья грань 11 взаимно перпендикулярны и образуют трехгранный угол с вершиной в точке А. Остальные грани 12, 13, 14 оптического блока 8 образуют трехгранный угол с вершиной в точке Б. Оптический блок 8 установлен в основание 1 так, что трехгранный угол с вершиной А оптического блока 8 совмещен с трехгранным углом основания 1. При этом первая грань 9 оптического блока 8 параллельна плоскости 5 первой стенки 2, вторая грань 10 оптического блока 8 параллельна плоскости 6 второй стенки 3 основания 1, третья грань 11 оптического блока 8 параллельна плоскости 7 третьей стенки 4 основания 1, вершина А трехгранного угла оптического блока 8 расположена в непосредственной близости от вершины трехгранного угла основания 1.
В центре первой грани 9 (фиг.2) вглубь оптического блока 8 выполнено отверстие 15 диаметром d.
I
II
III
IV
Параллельно грани 11 (фиг.3) в оптическом блоке 8 выполнен канал 16 первого лазерного гироскопа с рефлекторами 17, 17, 17, 17.
I
II
III
IV
В оптическом блоке 8 (фиг.4) параллельно грани 13 выполнен канал 18 второго лазерного гироскопа с рефлекторами 19, 19,19, 19. Плоскости каналов 16 и 18 расположены симметрично относительно плоскости симметрии оптического блока 8, параллельной граням 11, 13.
В центре второй грани 10 (фиг.5) вглубь оптического блока 8 выполнено отверстие 20 диаметром d.
I
II
III
IV
Параллельно первой грани 9 (фиг.6) в оптическом блоке 8 образован канал 21 третьего лазерного гироскопа с рефлекторами 22, 22, 22, 22.
I
II
III
IV
В оптическом блоке 8 (фиг.7) параллельно грани 14 выполнен канал 23 четвертого лазерного гироскопа с рефлекторами 24, 24, 24, 24. Плоскости каналов 21, 23 расположены симметрично относительно плоскости симметрии оптического блока 8, параллельной граням 9, 14.
В центре третьей грани 11 (фиг.8) вглубь оптического блока 8 выполнено отверстие 25 диаметром d.
I
II
III
IV
В оптическом блоке 8 (фиг.9) параллельно второй грани 10 расположен канал 26 пятого лазерного гироскопа с рефлекторами 27, 27, 27, 27.
I
II
III
IV
Параллельно грани 12 (фиг.10) в оптическом блоке 8 расположен канал 28 шестого лазерного гироскопа с рефлекторами 29, 29, 29, 29. Каналы 26, 28 расположены симметрично относительно плоскости симметрии оптического блока 8, параллельной граням 10, 12.
Оптический блок 8 выполнен из оптически прозрачного материала, например ситалла. В нем выполнены все элементы лазерных гироскопов, включающие аноды, катоды, заполнение каналов лазерных гироскопов газовой средой.
В блоке лазерных гироскопов (фиг.11) оптический блок 8 расположен в основании 1 так, что грани 9, 14 оптического блока 8 параллельны плоскости 5 стенки 2 основания 1, грани 10, 12 оптического блока 8 параллельны плоскости 6 стенки 3 основания 1, а грани 11, 13 оптического блока 8 параллельны плоскости 7 стенки 4 основания 1.
На гранях 9, 10, 11 оптического блока 8 расположены постоянные магниты устройства активации механических колебаний, на стенках 2, 3, 4 основания 1 установлены катушки устройства активации механических колебаний (на фиг.11 постоянные магниты и катушки не показаны, так как они не являются предметом изобретения).
I
I
В центре оптического блока 8 (фиг.12) расположен введенный через одно из отверстий 15, 20, 25 в оптическом блоке 8 шарик 30 диаметром d, в отверстии 20 со стороны грани 10 оптического блока 8 установлен первый резонатор 31, который одним своим концом введен до упора в шарик 30, а вторым концом ввинчен в резьбовое отверстие 32 в стенке 3 основания 1.
II
II
Продольная ось 33-33 отверстия 20 перпендикулярна грани 10 оптического блока 8. Глубина отверстия 20 выполнена не меньшей суммы расстояния от грани 10 до центра оптического блока 8 и радиуса шарика 30. В отверстии 25 со стороны грани 11 оптического блока 8 расположен второй резонатор 31, введенный до упора в шарик 30 и ввинченный в резьбовое отверстие 32 стенки 4 основания 1. Отверстие 25 выполнено глубиной L, и его продольная ось 34-34 перпендикулярна грани 11.
III
III
I
Третий резонатор 31 (фиг.13) расположен в отверстии 15 оптического блока 8 со стороны его грани 9, введен до упора в шарик 30 одним своим концом и ввинчен в резьбовое отверстие 32 в стенке 2 основания 1 другим своим концом. Продольная ось 35-35 отверстия 15 перпендикулярна грани 9. Отверстие 15 выполнено на глубину L. Первый резонатор 31 (фиг.14) имеет расположенные последовательно по его продольной оси цанговую часть 36, плоскую часть 37 с одной из плоских поверхностей 38 и цилиндрическую часть 39 с внешней резьбовой нарезкой.
На торце цанговой части 36 выполнено углубление 40, поверхность которого имеет вид части шаровой поверхности с радиусом r=d/2.
I
Со стороны торца (фиг.15) цанговой части 35 первого резонатора 31 выполнены канавки 41, 42.
I
I
I
II
III
Плоская часть 37 (фиг.16) первого резонатора 31 имеет вид прямоугольника в разрезе, перпендикулярном продольной оси первого резонатора 31. Плоскости 38, 43 плоской части 37 первого резонатора 31 параллельны. Аналогично первому резонатору 31 выполнены второй 31 и третий 31 резонаторы.
I
II
III
Первый 31, второй 31 и третий 31 резонаторы установлены в оптический блок 8 так, что их поверхности 38, 43 параллельны ребру 44 (фиг.17), лежащему в плоскости 45, которая включает в себя диагональ 46 от вершины А к вершине Б оптического блока 8.
Лазерные гироскопы с каналами 26, 28 обеспечивают измерение угловой скорости относительно оси Х блока лазерных гироскопов, лазерные гироскопы с каналами 21, 23 обеспечивают измерение угловой скорости по оси У, лазерные гироскопы с каналами 16, 18 обеспечивают измерение угловой скорости относительно оси Z.
Таким образом, по каждой из осей блока лазерных гироскопов имеются два идентичных лазерных гироскопа для измерения угловой скорости. В результате повышается надежность измерения угловых скоростей по каждой из осей блока лазерных гироскопов при отказе одного из лазерных гироскопов по любой из осей.
I
II
III
I
II
III
При подаче от генератора переменного тока напряжения на катушки устройства активации механических колебаний происходят угловые колебания оптического блока 8 относительно оси 46 (фиг.17), направленной по диагонали от вершины А к вершине Б оптического блока 8. При этом первый 31, второй 31 и третий 31 резонаторы подвергаются крутильным деформациям относительно их продольных осей. Крутильная жесткость первого 31, второго 31 и третьего 31 резонаторов выполнена такой, чтобы колебания оптического блока 8 осуществлялись на резонансной частоте этих резонаторов.
I
II
III
I
I
I
I
I
II
III
II
При сборке блока лазерных гироскопов оптический блок 8 ориентируется относительно основания 1 в приспособлении так, чтобы резьбовые отверстия 32, 32, 31 в основании 1 были расположены коаксиально с продольными осями отверстий 20, 25, 15 соответственно в оптическом блоке 8. Поместив первый резонатор 31 в отверстие 20 оптического блока 8, ввинчивают первый резонатор 31 в резьбовое отверстие 32 в стенке 3 до упора поверхности углубления 40 в первом резонаторе 31 с поверхностью шарика 30. Имеющая канавки 41, 42 цанговая часть 36 первого резонатора 31 деформируется так, что поверхность углубления 40 полностью совмещается с поверхностью шарика 30. Аналогично при ввинчивании в оптический блок 8 второго 31 и третьего 31 резонаторов поверхности углублений 40 второго 31 и третьего 31 резонаторов полностью совмещаются с поверхностью шарика 30. Таким образом центр шарика 30 оказывается в центре оптического блока 8, и ось 46 угловых колебаний оптического блока 8 проходит через центр оптического блока 8. При этом угловые колебания оптического блока 8 происходят относительно центра оптического блока 8.
В результате исключаются угловые колебания оптического блока 8 в направлении, перпендикулярном оси 46. Следствием отсутствия поперечных колебаний оптического блока 8 является повышение точности измерения угловой скорости посредством блока лазерных гироскопов по трем осям.
Источники информации
1. Патент РФ №-2210737, кл. G01C 19/66. Трехосный лазерный прицессионный гироскоп, симметричный относительно его приводной оси, 1998 г.
2. Патент ЕР №-0857946 А1, кл. G01C 19/70. Dispositif de fixation d′un bloc optique de gyromètre laser sur un mècanisme d′activation. 1998 г.