ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП
LASER GYROSCOPE

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения угловой скорости, выполненным на кольцевых лазерах.
Известен лазерный гироскоп [1], содержащий резонатор с каналами в оптическом блоке, аноды и катоды для поджига, систему регулировки периметра резонатора с рефлекторами, на которых установлены пьезопреобразователи.
Наиболее близким по технической сущности является лазерный гироскоп [2], содержащий резонатор с выполненными в оптическом блоке и заполненными газовой смесью каналами, в местах соединения которых установлены рефлекторы, устройство для генерации оптических волн в газовой смеси с высоковольтным источником питания постоянного тока, подключенным к анодам и, по крайней мере, к одному катоду, которые введены в каналы, устройство для регистрации сигнала лазерного гироскопа, систему регулировки периметра резонатора с приемным устройством, электронной схемой и устройством для регулировки периметра резонатора, содержащим, по крайней мере, один из рефлекторов, причем на обращенной в сторону каналов первой стороне такого рефлектора выполнено первое углубление с поверхностью в виде части поверхности сферы.
Недостатком такого лазерного гироскопа является усложнение конструкции устройства для регулировки периметра резонатора и вызванная этим пониженная технологичность данного узла.
Техническим результатом изобретения является повышение технологичности и уменьшение сложности выполнения устройства для регулировки периметра резонатора с использованием рефлектора.
Данный технический результат достигается в лазерном гироскопе, содержащем резонатор с выполненными в оптическом блоке и заполненными газовой смесью каналами, в местах соединения которых установлены рефлекторы, устройство для генерации оптических волн в газовой смеси с высоковольтным источником питания постоянного тока, подключенным к анодам и, по крайней мере, к одному катоду, которые введены в каналы, устройство для регистрации сигнала лазерного гироскопа, систему регулировки периметра резонатора с приемным устройством, электронной схемой и устройством для регулировки периметра, содержащем, по крайней мере, один из рефлекторов, причем на обращенной в сторону каналов первой стороне такого рефлектора выполнено первое углубление с поверхностью в виде части поверхности сферы, тем, что на второй, противоположной первой, стороне рефлектора выполнено второе углубление с поверхностью в виде части поверхности сферы радиусом, по крайней мере на порядок меньшим радиуса сферы первого углубления, во второе углубление вставлена металлическая накладка, имеющая однородную толщину и повторяющая форму второго углубления, накладка подключена к выходу электронной схемы системы регулировки периметра резонатора.
В частном случае накладка выполнена напылением слоя металла на поверхность второго углубления в рефлекторе.
Путем образования в рефлекторе устройства для регулировки периметра резонатора второго углубления с поверхностью в виде части сферы радиусом, по крайнем мере на порядок меньшим радиуса сферы первого углубления на рефлекторе, установки во второе углубление металлической накладки однородной толщины и одинаковой формы со вторым углублением, подсоединения накладки к выходу электронной схемы системы регулировки периметра резонатора обеспечивается выполнение устройства для регулировки периметра резонатора в составе всего двух простых деталей. В результате достигается более простое выполнение устройства для регулировки периметра резонатора и повышается технологичность его изготовления.
Выполнением накладки путем напыления слоя металла на второе углубление в рефлекторе еще более повышается технологичность устройства для регулировки периметра резонатора.
На фиг.1 представлен общий вид лазерного гироскопа, на фиг.2 - вид рефлектора устройства для регулировки периметра резонатора, на фиг.3 - вид устройства для регулировки периметра резонатора, на фиг.4 - принципиальная схема устройства для регулировки периметра резонатора.
В лазерном гироскопе (фиг.1) в оптическом блоке 1, например из ситалла, выполнен резонатор, содержащий каналы 2, 3, 4, 5, которые заполнены газовой смесью, состоящей, например из смеси гелия и неона. В местах соединения каналов 2, 3…5 установлены рефлекторы 6', 6”, устройство 7 для регулировки периметра резонатора, устройство 8 для регистрации сигнала лазерного гироскопа.
В каналы 2, 3, 5 кольцевого резонатора введены соответственно аноды 9', 9” и катод 10, которые подключены к высоковольтному источнику питания постоянного тока устройства для генерации оптических волн в резонаторе.
В устройстве 8 для регистрации сигнала лазерного гироскопа установлены полупрозрачный рефлектор, призма фотосмесителя и фотоприемник в виде, например фотодиода. Фотоприемник является одновременно приемным устройством системы регулировки периметра резонатора и устройства для регистрации сигнала лазерного гироскопа.
Рефлектор 11 (фиг.2), который используется в устройстве 7 для регулировки периметра резонатора, имеет первое углубление 12 с поверхностью 13 в виде части поверхности сферы радиусом r1, второе углубление 14 с поверхностью 15 в виде части поверхности сферы радиусом r2. Причем радиус r2 по крайней мере на порядок меньше радиуса r1. В результате в промежутке между поверхностями 13, 15 в рефлекторе 11 образуется перемычка 16 с минимальной толщиной δ.
В устройстве 7 (фиг.3) для регулировки периметра резонатора во второе углубление 14 рефлектора 11 вставлена насадка 17, выполненная из металла, имеющая однородную толщину и повторяющая форму поверхности 15 второго углубления 14 в рефлекторе 11. Насадка 17 может быть выполнена напылением слоя серебра на поверхность 15 второго углубления 14 в рефлекторе 11. Для ее соединения с выходом электронной схемы системы регулировки периметра резонатора на насадке 17 может быть выполнена контактная площадка.
В системе регулировки периметра резонатора (фиг.4) выход фотоприемника 18 устройства 8 для регистрации сигнала лазерного гироскопа подключен к входу электронной схемы, содержащей предварительный усилитель 19, детектор 20 с фильтром низких частот, компаратор 21, подключенное к одному из входов компаратора 21 устройство 22 уставки, выходной усилитель 23, к выходу которого подключена насадка 17. Выходной усилитель 23 выполнен с возможностью создания на его выходе высокого напряжения постоянного тока. Выход фотоприемника 18 также подключен к входу усилителя 24 переменного тока.
Устройство 22 уставки может быть выполнено в виде подключенного к входу компаратора 21 потенциометра, запитанного от источника прецизионного опорного напряжения.
Лазерный гироскоп работает следующим образом. В результате прохождения токов от анода 9' и анода 9” к катоду 10 в резонаторе возникают оптические волны, обходящие периметр резонатора в двух противоположных направлениях. При изменении периметра резонатора изменяется величина токов от анодов 9', 9” к катоду 10. В результате на выходе фотоприемника 18 изменяется амплитуда выходного напряжения. После усиления выходного напряжения фотоприемника 18 в предварительном усилителе 19 и детектирования усиленного выходного напряжения с выхода детектора 20 на один вход компаратора 21 подается постоянное напряжение, величина которого пропорциональна величине тока в резонаторе. При сравнении в компараторе 21 напряжений, поступающих на его входы от детектора 20 и устройства 22 уставки, с выхода компаратора 21 на вход выходного усилителя 23 подается напряжение, пропорциональное величине изменения тока в резонаторе. Усиленное до значений, которые могут быть порядка нескольких сотен вольт, выходное напряжение выходного усилителя 23 подается на накладку 17.
Создаваемый на накладке 17 электрический заряд вызывает в рефлекторе 11 поляризацию зарядов, в результате чего возникают электрические силы притяжения между зарядами в накладке 17 и рефлекторе 11. Вследствие этого происходит деформация рефлектора 11 так, что происходит изгиб перемычки 16 рефлектора 11. При увеличении выходного напряжения выходного усилителя 23 перемычка 11 изгибается так, что радиус r1 первого углубления 12 в рефлекторе 11 уменьшается, при уменьшении выходного напряжения выходного усилителя 23 радиус r1 первого углубления 12 в рефлекторе 11 увеличивается. Таким образом происходит регулировка периметра резонатора в зависимости от изменения тока в резонаторе.
Выходное напряжение фотоприемника 18 также усиливается в усилителе 24 переменного тока, частота f выходного напряжения которого пропорциональна измеряемой угловой скорости.
Электронная схема системы регулировки периметров резонатора может быть выполнена в другом составе электронных устройств.
Система регулировки параметров резонатора может быть дополнена еще одним устройством для регулировки периметра резонатора выполненным, например, с использованием рефлектора 6 и соответствующей электронной схемой. Для повышения точности измерения угловой скорости в лазерном гироскопе может быть применено устройство для активации механических колебаний оптического блока 1.
Источники информации
1. Патент США №4442762, кл. G01C 19/64, НКИ 356/350. Ring Lazer. 1983 г.
2. Патент США №4627732, кл. G01C 19/64, НКИ 356/350. Mode Discrimination Apparatus. 1986 г.