JPH08500678A

JPH08500678A - レーザ・ジャイロ高圧起動モジュールおよび高圧パルス発生器

Info

Publication number: JPH08500678A
Application number: JP6507329A
Authority: JP
Inventors: バーント，デイル・エフ; キルパトリック，ジョセフ・イー
Original assignee: ハネウエル・インコーポレーテッド
Priority date: 1992-08-27
Filing date: 1993-08-27
Publication date: 1996-01-23
Also published as: CA2140435A1; EP0657020B1; WO1994005973A3; US5299211A; DE69305862T2; WO1994005973A2; EP0657020A1; DE69305862D1

Abstract

(57)【要約】高圧起動回路は高圧起動モジュールと高圧パルス発生装置を含んでいる。高圧パルス発生器は６０ｋＨｚのデューティサイクルの５ボルトのパルスを、デューティサイクルが約５０％の２８０Ｖの出力パルスに増幅する。順方向電圧降下が大きいＰＮ接合高圧ダイオードおよび抵抗分圧器は第１トランジスタを駆動し、これを飽和しないよう保持する。低圧ダイオードは２個の高圧起動モジュール・トランジスタが同時にオンとならないように、不感帯を作り出す。高圧モジュールは起動時にレーザ・ジャイロ動作電流制御回路を保護する２個の高圧阻止ダイオードを含んでいる。２個の小型安定抵抗と並列１０倍電圧乗算器は少なくとも２５００ＶＤＣの出力を発生する。高圧起動回路はレーザ・ジャイロのハウジングに収められ、リング・レーザ・ジャイロ・ブロックの容積よりも容積が小さくなるように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】レーザ・ジャイロ高圧起動モジュールおよび高圧パルス発生器本発明は総括的にレーザ・ジャイロに関し、詳細にいえば、レーザ・ジャイロを収納しているハウジング内で低電圧から発生された高電圧によってレーザ・ジャイロを起動するための方法および装置に関する。背景技術しばしばリング・レーザ・ジャイロと呼ばれるリング・レーザ角速度センサは周知である。リング・レーザ角速度センサの例は、参照することによって本明細書の一部となるＨａｎｓｅ他に対して発行された米国特許第４７５１７１８号である。今日のリング・レーザ角速度センサは熱および機械的に安定したレーザ・ブロックを含んでいる。そのブロックは複数個の相互接続されたキャビティを有している。レーザ・ビームを反射し、光学的閉ループ路を形成するミラーがキャビティの両端に配置されている。レーザ・ジャイロ用の従来技術の高圧電源は、レーザ・ジャイロ・ハウジング外に配置された２５００ＶＤＣの大型外部電源を使用していた。外部電源では、高圧フィードスルー・コネクタによりレーザ・ジャイロ・ハウジングへ高圧を供給する必要であった。このような高圧フィードスルーは高価なものである。また、このような高圧フィードスルー・コネクタを、レーザ・ジャイロ・ハウジングに対する気密シールを維持しながら構成するのも困難である。既存の高圧プラスチック・シールが維持できるのは、１０^-6Ｔｏｒｒまでの真空だけである。一方、比較的廉価な低圧コネクタ・シールが扱えるのは、１０^-9Ｔｏｒｒ気密シールである。したがって、本発明の目的の１つは、廉価な気密コネクタを利用できる電圧供給線を組み込んだレーザ・ジャイロを提供することである。発明の要約本発明は、外部ジャイロ電圧源が＋５ＶＤＣおよび＋１５ＶＤＣという低電圧をもたらすことを可能とする、高圧パルス発生器および高圧モジュールを含んでおり、廉価な気密コネクタを備えたレーザ・ジャイロ高圧起動回路を提供する。高圧パルス発生器は６０ｋＨｚデューティサイクルの５ボルトのパルスを、約５０％のデューティサイクルの２８０ボルトのパルス出力へ増幅する。高圧パルス発生器は出力は波形を整形するための第１および第２トランジスタを特徴とする。高圧パルス発生器は順方向電圧降下が高いＰＮ接合高圧ダイオードと抵抗分圧器を使用して、第１トランジスタを駆動するとともに、第１トランジスタを飽和しないよう保持する。高圧パルス発生器は低圧ダイオードを使用して、不感帯を作り出し、第１および第２トランジスタが同時にオンにならないようにする。高圧モジュールは２個の高圧阻止ダイオードからなっており、これらは起動時にレーザ・ジャイロの有効電流制御回路を保護する。２個の小型安定抵抗と並列１０倍乗算器が少なくとも２５００ＶＤＣの出力をもたらす。高圧起動回路はリング・レーザ・ジャイロ・ブロックの容積よりも小さい容積に収まるように構成されている。本発明のその他の目的、特徴および利点は、好ましい実施例の説明、請求の範囲、および同様な要素に同様な番号がつけられている図面から、当分野の技術者に明らかとなろう。［図面の簡単な説明］第１図は、本発明の新規な特徴を用いたリング・レーザ・ジャイロの１実施例のブロック図である。第２図は、本発明に従って作成された動作電流制御回路の１例の略回路図である。第３図は、本発明の１態様によって提供される高圧起動回路の１実施例の略ブロック図である。第４図は、本発明の１態様によって提供される高圧パルス発生器の詳細回路図である。第５Ａ図および第５Ｂ図は、高圧パルス発生器の波形図である。第６図は、本発明の高圧モジュールの略回路図である。第７図は、動作電流制御を行う本発明の他の実施例の図である。好ましい実施例の説明第１図を参照すると、本発明の新規な特徴を用いたリング・レーザ・ジャイロの１実施例の略ブロック図が示されている。本発明を例である実施例によって説明する。この開示によって利益を受ける当分野の技術者には、本明細書の例が本発明の原理を説明するものであって、限定するものでないことが理解されよう。リング・レーザ・ジャイロ１０はコントローラ１００、リング・レーザ・ジャイロ・ブロック２００、動作電流制御部３００、ディザ・ピックオフ増幅器４００、直接ディジタル・ディザ駆動部５００、経路長制御（ＰＬＣ）装置６００、リードアウト７００、およびディジタル論理回路８００を含んでいる。レーザ・ジャイロ１０はさらに、レーザ・ブロック２００および動作電流制御部３００に電力を与える高圧起動モジュール３５０を備えている。コントローラ１００はマイクロブロセッサすなわちマイクロコントローラであってもかまわない。有用なマイクロコントローラの１つはインテルのモデル８０Ｃ１９６ＫＣである。第２図を参照すると、動作電流制御装置の１例の詳細な回路図が示されている。ジャイロ・ブロック２００は２つのアノード２０１Ａ、２０１Ｂおよび１つのカソード２０３を有する三角形のブロックとしてとして示されている。当分野の技術者には、リング・レーザ・ジャイロ・ブロックが矩形などの他の形状で構成できることが理解されよう。当分野の技術者には、アノードおよびカソードを含む電極の各種の組合せおよび数を、本発明の範囲を逸脱することなく、リング・レーザ・ジャイロに使用できることも認識されよう。本発明の一実施例のレーザ・ジャイロは動作電流制御装置を含んでいる。本例の動作電流制御装置３００は第１、第２、第３および第４増幅手段３１２、３１４、３２４、３２６、第１および第２出力トランジスタ手段３１０、３１６、第１および第２電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）手段３２０、３２１、ＤＣ／ＤＣ変換手段３２８、ならびに高圧起動回路手段３５０を含んでいる。動作電流制御装置３００はコントローラ１００およびリング・レーザ・ジャイロ・ブロック２００に結合されている。第４の増幅手段３２６はその反転入力がゲイン抵抗３２７に結合されている。反転入力には、４個の入力抵抗３７０、３７２、３７４および３７６も結合されている。コントローラ１００は４個の入力抵抗にディジタル制御信号を発生するように動作する。第４の増幅手段３２６はディジタル・アナログ変換器として実質的に機能し、４個の入力抵抗は４ビットの入力に対応しており、第１入力抵抗３７０が最上位ビットであり、第４入力抵抗３７６が最下位ビットである。第４増幅手段はコントローラ１００からのディジタル制御入力を比例したアナログ信号に変換し、これを抵抗３７８からノードＶ_controlに印加する。したがって、動作電流制御部３００はＶ_controlにおいて１０ボルトないし５ボルトのふれに対応する４ビット以内の精度に制御される。Ｖ_controlはさらに第１および第２増幅手段３１２、３１４の非反転入力に結合されている。第１および第２増幅手段３１２、３１４の各々は電解効果トランジスタ３２０、３２１を駆動し、これらのトランジスタは次いで、電流をジャイロ・ブロック２００のアノード２０１Ａおよび２０１Ｂの一方へ流すトランジスタ３１０、３１６を制御する。第１および第２増幅手段の各々およびこれに関連する構成要素を、動作電流制御部の一方の「脚」とみなすことができる。第１増幅手段３１２の出力は電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）３２０のゲートに接続されている。ＦＥＴ３２０は−２ないし−４ボルトの閾値を有するＤＭＯＤＥＦＥＴまたは同等のデバイスであることが有利である。ＦＥＴ３２０は、たとえば、ゲート・インピーダンスが十分に低く、精密抵抗３１８、３３１の電流のほぼすべてがアノード２０１Ａおよび２０１Ｂへ流れることを可能とするＪＦＥＴまたはＭＯＳＦＥＴなどのＮチャネルＦＥＴであることが有利である。ＦＥＴ３２０は高周波トランジスタ３１０へのベース駆動を制御する。フィードバック線３３９は第１電流制御増幅器３１２にネガティブ・フィードバックを与える。ＦＥＴ３２０のソースはフィードバック線３３９に接続されている。ＦＥＴ３２０のドレンは第１出力トランジスタ３１０のベースに接続されている。第１出力トランジスタ３１０のエミッタはフィードバック線３３９に接続されており、抵抗３１８を介して、コンデンサ３９６の第１端子に接続されている。コンデンサ３９６の第２端子はノードＶcontrolに接続されている。本発明の１実施例において、完全に充電された場合、コンデンサ３９６はその第１端子で約＋１０ボルトの公称電圧電位を維持する。第１出力トランジスタ３１０のコレクタ３２２は、抵抗３９０を介して、ダイオード３１３のアノードに接続されている。ダイオード３１３および３１５は定格が、たとえば、約５、０００ボルトの高圧ダイオードであり、リング・レーザ・ジャイロの起動時に動作電流制御回路を保護するのに役立つ。出力トランジスタ３１０のベースはＦＥＴ３２０のソースおよび抵抗３９９に接続されている。抵抗３９９はダイオード３１３のアノードにも接続されている。ダイオード３１３のカソードは抵抗３９７を介してアノード２０１Ｂに接続されている。第２増幅手段３１４はその間連構成要素、すなわち、ＦＥＴ３２１、第２出力トランジスタ３１６および抵抗部品３９１、３９３、３９４、３３１、３３３、ならびにカソードが第２アノード２０１Ａに接続されている第２ダイオード３１５によって同様に構成されている。第１増幅手段３１２は駆動回路の第１の脚を備えており、第２増幅手段３１４およびその関連構成要素は該回路の第２の脚を備えている。両方の脚は同様な態様で動作して、ほぼ等しい電流をリング・レーザ・ジャイロに供給する。第１および第２増幅手段３１２、３１４は、たとえば、約１ＭＨｚ未満の帯域幅を有するモデル番号ＬＭ２９０２などの演算増幅器であるのが有利である。第１および第２トランジスタ３１０、３１６は、本発明の１実施例において、ベースからコレクタへの１０ボルトによってわずかに逆バイアスがかけられているのが有利である。この逆バイアスはベースとコレクタとの間の有効キャパシタンスを軽減し、これによってトランジスタの高周波応答を改善する。第３の増幅手段３２４を任意選択で含め、リング・レーザ・ジャイロの各脚における電流の和を表す出力信号３２９をもたらすのが有利である。電流の和を「ＩＴｏｔａｌ」で表す。第３増幅手段３２４の反転入力は抵抗３８０を介して、フィードバック線３３９に接続され、かつ抵抗３８２を介して、フィードバック線３３８に接続されている。本例において、リング・レーザ・ジャイロのカソード２０３はＤＣ／ＤＣ変換手段３２８によって、たとえば、−４２５ないし−４６０ボルトの範囲の定電圧に維持されている。動作時に、ＤＣ／ＤＣ変換手段３２８は外部電源からの約＋１５ボルトの入力電圧を、たとえば、約−４５０ないし−４９０ボルトの公称範囲の出力電圧に変換する。また、動作電流制御部の本例においては、任意選択で、内蔵テスト線ＢＩＴ１およびＢＩＴ２も含まれている。ＢＩＴ１およびＢＩＴ２はそれぞれ、コントローラ１００の第１および第２アナログ・ディジタル入力１０１および１０３に結合されている。ＢＩＴ１およびＢＩＴ２はテスト信号をもたらし、これらのテスト信号をコントローラ１００が用いて、動作電流制御部が適切な動作範囲にあるかどうか、また演算増幅器３１２、３１４が電源の上限または下限にロックされていないことを判断する。これらの限界をそれぞれ、本明細書においては、正レールおよび負レールとも呼ぶ。本発明で用いることのできる内蔵テストの１例は、下限テストと結合された上限テストである。上限テストはコントローラ１００を使用して、総電流の所定の上限に対応しているディジタル・コマンドを信号を第４の増幅手段３２６に供給する。ＢＩＴ１およびＢＩＴ２の信号は次いで、コントローラ１００によって読み取られ、周知の比較手段によって、公称許容最大値と比較される。同様に、下限テストは動作電流制御装置を公称許容最大値についてテストすることができる。このようにして、回路装置をテストして、装置とリング・レーザ・ジャイロが許容限度内で動作しており、たとえば、レールに近すぎる範囲で動作していないことを確認することができる。たとえば、リング・レーザ・ジャイロの脚の一方が動作しない場合、この状態は演算増幅器３１２、３１４の一方が正レールにロックされていたことを示すものとなる。動作電流制御部の各脚の動作には、電流供給脚の出力において抵抗を慎重に選択することが重要である。第１脚に対して、抵抗３９０、３９９および３９７を以下の式にしたがって選択しなければならない。同様に、動作電流制御部の第２の脚の抵抗３９５、３９４および３３３の選択にあたっても、注意を払わなければならない。第１の脚において、たとえば、トランジスタ３１０のコレクタ３２２の電圧がリング・レーザ・ジャイロの電流の動作範囲全体にわたって相対的に一定になっているように、抵抗３９０および３９９を選択しなければならない。本発明の１例において、抵抗３９０、３９９および３９７ならびにこれに対応した３９４、３９５および３３３を、低電流および約−５５℃という低い温度におけるＰＮＰトランジスタ３１０および３１６のＢＥＴＡが１０という最悪の場合にも動作するように選択しなければならない。これらの抵抗の選択は、トランジスタ３１０および３１６における電力散逸を最小限のものとする。１例において、脚当たり約０．１５ないし１ｍａの範囲の電流が供給される。これらの限界はガス放出のインピーダンス特性および電源の電流限度によって確立される。本発明の動作電流制御部がリング・レーザ・ジャイロ管に固有のマイナス抵抗を利用していることに留意すべきである。すなわち、ジャイロで高い電流が必要な場合、アノードからカソードへの電圧は降下する。本発明はリング・レーザ・ジャイロ管に必要な電流が増加したときに、Ｒ２を通るベース駆動電流が増加するようにＲ１およびＲ２に対する比率を選択する。抵抗Ｒ１およびＲ３は最大電流におけるトランジスタ３１０での電力の散逸を最小とするように、特に選択される。以下の式はＰＮＰトランジスタ３１０においてＢＥＴＡ１０以下で動作するように抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３を選択するために本発明が用いる方法を説明するものである。１．ＲＬＧ負抵抗領域Ｉ_A＝０．１５ないし１ｍａにわたる電流電圧特性に適する二次式は、以下の式を使用して行われる。Ｖ_T＝Ｋ₀＋Ｋ₁Ｉ_A＋Ｋ₂Ｉ_A ²＋ΔＶ_TEMP＋ΔＶ_PROCESS ただし、Ｖ_T＝管の電圧Ｖ_TL＝低温における管の電圧Ｖ_TH＝高温における管の電圧Ｖ_C＝カソード電圧Ｉ_A＝アノード電圧（一方脚）Ｖ_CE＝トランジスタのコレクタ・エミッタ電圧Ｋ₀、Ｋ₁およびＫ₂はこれらの式によってモデル化されるリング・レーザ・ジャイロのレーザ放電のＩ−Ｖ特性に固有な、二次適応式の定数である。Ｒ２の条件は次のように設定される。２．Ｒ２＞Ｖ_c−Ｖ_TL／ＩＡ_min ３．最低電流において、Ｒ２＞ｄＶ_T／ｄＩ_A ４．Ｒ１およびＲ３は次の式を満足しなければならない。５．７．ＰＮＰトランジスタがＮＰＮトランジスタに比較して、５５℃および低電流においてＢＥＴＡ特性が大きいことに留意するのが重要である。したがって、ＰＮＰトランジスタを電流源トランジスタとして使用するのが好ましい。８．１例において、ＳＯＴ−２３パッケージ・トランジスタの散逸は、最大電流に対して５５℃において１００ｍＷ未満である。９．１例において、次の特性を有するＭＭＢＴ６５２０トランジスタが用いられた。Ｆτ＝４０ＭＨｚただし、Ｃ_cb＜６pF １０．１０ボルト以上の電圧によって逆バイアスのかけられたコレクタはベース・コレクタ・キャパシタンスを下げる。１１．ハネウェル社が取った動作ウィンドウのデータから、ある種のリング・レーザ・ジャイロについて、Ｃ_cb＜６pFに対してＲ３＞１０Ｋであれば、動作ウィンドウは５％未満に下がる。上記のすべての条件は、本発明の１実施例において、以下によって満たされる。Ｒ１＝５０Ｋ、Ｒ２＝４２１Ｋ、およびＲ３＝３０Ｋ本発明の動作電流制御装置を固定または可変Ｖ_cによって構築し、消費電力を少なくすることができる。Ｒ１、Ｒ２およびＲ３を適切に選択した固定Ｖ_ｃの手法は、低いＢＥＴＡによる動作を可能とする。ＩＶ特性の負の抵抗を利点として使用して、高電流におけるベース駆動を増加させることができる。第２図および第３図を参照すると、線３３７ならびに抵抗３３３および３８３を介してリング・レーザ・ジャイロ１０のアノード２０１Ａおよび２０１Ｂに結合された高圧起動回路も、動作電流制御装置に含まれている。第３図の回路がリング・レーザ・ジャイロ１０の起動時に用いられる。本例において、コントローラ１００は線３３５でデューティサイクルが１０％の約６０ＫＨｚの周波数で０ないし５ボルトの方形波を供給し、該方形波は高圧起動回路３５０へ入力される。高圧起動回路３５０は２８０ボルトのパルス発生器３５２および電圧乗算回路３５４からなっている。パルス発生器３５２は線３３５における第５Ａ図に示されている波形３３５ＷＦによって表される入力電圧方形波Ｖ_INを、２８０ボルトの信号に設定するために使用される。２８０ボルトのピーク・ピーク出力線３５３は、デューティサイクルが５０％の６０ＫＨｚの信号であり、電圧乗算回路３５４に送られる。電圧乗算回路３５４は次いで、約２５００ボルトの高いＤＣ電圧を出力する。２８０ＶＡＣの出力波形３５３ＷＦを第５Ｂ図に示す。高電圧源３３４（＋３２ＶＤＣ）、高圧パルス発生器３５２および高圧モジュール３７１はすべて、ジャイロ・ハウジング１７に収められている。これは外部高電圧源の必要性を除去し、それ故、高電圧源のケーブルおよびシールを除去する。高圧パルス発生器３５２は５Ｖのパルスを２８０ボルトのパルスに増幅する。２８０ＶＡＣのパルスは次いで、並列１０倍乗算器によって増幅され、整流される。乗算器３５４の詳細を第６図に示す。乗算器３５４はジャイロ１０を起動するのに必要な少なくとも２５００ボルトの電圧をもたらす。高圧モジュール３７１は１０ＫΩないし３０ＫΩの２個の小型の安定抵抗と２個の高圧阻止ダイオードも含んでいる。ここで、高圧パルス発生器３５２を示している第４図を参照する。高圧パルス増幅器３５２はディジタル論理回路からのデューティサイクルが１０％で６０ＫＨｚの５Ｖのパルスを、デューティサイクルが約５０％の２８０Ｖパルスの出力に増幅する。本発明の１実施例における第４図の回路は表面実装技術を使用しており、表面積が小さく、コストが低く、信頼性と効率が高いものである。第４図の回路に使用されるトランジスタＴ１およびＴ２は、定格Ｖ_CEOが３５０ＶのバイポーラＮＰＮトランジスタであることが有利である。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＤ１のネットワークを使用して、トランジスタＴ１を駆動し、しかも、Ｔ１を飽和しないよう維持する。Ｄ１はショットキー・ダイオードで、低圧増幅に対してＴ１を飽和しないようクランプするのに使用される。本回路は逆降伏電圧が６００Ｖで、順方向電圧降下が高い周知のＰＮ接合高圧ダイオードと、抵抗分圧器Ｒ２およびＲ３を含んでおり、Ｔ１を飽和しないよう維持する。Ｄ２は低圧ダイオードであり、Ｔ１およびＴ２が同時にオンにならないように不感帯を作成する。本発明の他の実施例においては、ＮＰＮおよびＰＮＰすなわちＮチャネルおよびＰチャネルのトランジスタを使用する相補捉回路を使用して、電源投入時に両方のデバイスが同時にオンになるという危険のもとで、効率をより高くできるようにしている。性能を高くするには、ノード７０１におけるキャパシタンスを最低限に維持するのが有利であり、またダイオードＤ１およびＤ２が低いキャパシタンス特性を有しているのが好ましい。抵抗Ｒ４およびＴ２は、Ｔ１がオフにされたときに、活動プルアップ構成要素として動作する。Ｒ５はＴ１のコレクタ電圧を２８０Ｖ未満に維持するために使用される。ほとんどの時間がそうであるオフ・モードにおいて、Ｖ_IN＝０であり、回路が消費するのは２８μＡだけである。ここで、高圧増幅器の波形の例を示している第５Ａ図および第５Ｂ図を参照する。入力波形３３５ＷＦはデューティサイクル１０％、６０ＫＨｚの５ボルトである。１０％のデューティサイクルは本発明の回路の消費電力を大幅に少なくする。ノード７０１におけるキャパシタンスのため、Ｔ１がオンになるのは高速であり、オフになるのは低速である。出力波形３５３ＷＦは１４０ボルトのレベルで約５０％のデューティサイクルである。高圧モジュール３７１には６０ＫＨｚで２８０ＶＡＣが必要であり、そのデューティサイクルは重要ではない。ここで、高圧モジュール３５４の回路の詳細を示している第６図を参照するが、該モジュールは起動時に動作電流回路を保護するために使用される２個の高圧阻止ダイオードＣＲ１およびＣＲ２（４，０００ＰＩＶ）を備えている。２個の小型の安定抵抗２１０Ａおよび２１０Ｂの抵抗値は、１０Ｋないし３０Ｋの範囲である。従来の技術は比較的大量の電力を消費する大型の安定抵抗（１ＭΩ）を使用していた。並列１０倍電圧乗算器７１５を使用して、ライン出力７２１に少なくとも２，５００ＶＤＣの電圧をもたらす。ジャイロの起動電流はジャイロの脚当たり２，５００ＶＤＣ／１００Ｍｅｇ＝２５μＡである。並列乗算器７１５は直列乗算器よりも大きな電流駆動容量を有している。並列１０倍乗算器７１５は２０個のダイオードと２０個のコンデンサを有している。Ｄ１ないしＤ２０に必要な逆降伏特性は、入カピーク・ピーク電圧の２倍にすぎない。コンデンサＣ１ないしＣ２０の電圧定格は２８０Ｖないし２，８００Ｖまで徐々に増加する。レーザのアノードＡ２０１ＡおよびレーザのアノードＢ２０１Ｂのキャパシタンスは、２ｐＦ未満であることが好ましい。本発明の１実施例において、回路は厚膜抵抗と高圧ダイオードおよびコンデンサを含んでいる基板に作成される。基板および構成要素は高圧誘電体Ｒｙｔｏｎ（ＴＭ）に収められ、高耐圧充填剤に埋め込まれている。ノード７２１（２５００Ｖ）が高圧モジュールに埋め込まれているので、得られるパーツの信頼性はきわめて高くなる。ジャイロおよび高圧モジュールを乾燥窒素ガスで埋め戻すのが有利である。これは高圧コロナ降伏および漏れに対して２重の障壁をもたらす。第７図を参照すると、本発明によって提供される動作電流制御装置の他の実施例が示されている。動作電流制御装置は第１および第２増幅手段３１２Ａ、３１４Ａ、制御ＪＦＥＴ３２０Ａ、３２１Ａ、第１および第２出力トランジスタ３１０Ａ、３１６Ａ、積分増幅手段１３５０、マイクロコントローラ１００、ならびにパルス幅変調ＤＣ／ＤＣ変換手段３２８Ａで構成されている。有効制御装置３００Ａは第１および第２増幅手段３１２Ａ、３１４Ａを含んでいる第１および第２電流供給脚を動作させるが、これらの脚は第１および第２駆動増幅手段３１２、３１４を備えている第２図に示した２つの駆動脚と同様に構成されている。第１および第２制御ＪＦＥＴ３２０Ａ、３２１ＡはＮチャネルＪＦＥＴであることが有利である。所定の外部電圧Ｖ_controlが抵抗１３７８から、第１および第２駆動増幅手段３１２Ａ、３１４Ａの非反転入力に印加される。コンデンサ１３９６の第１端子もＶ_control電圧をフィルタするために、第１および第２増幅手段の非反転入力に接続されている。第２図の回路の場合と同様に、フィードバック線１３３９および１３３８はそれぞれＪＦＥＴ３２０Ａおよび３２１Ａのソースから、第１および第２増幅手段３１２Ａおよび３１４Ａの反転入力に接続されている。基準電圧Ｖ_REFが精密抵抗３１８Ａおよび３３１Ａのそれぞれによってフィードバック線１３３９、１３３８に導入される。基準電圧Ｖ_REFは約＋１０ＶＤＣであることが有利である。ＪＦＥＴ３２０Ａおよび３２１Ａならびに出力トランジスタ３１０Ａ、３１６Ａは、抵抗１３９０、１３９９、１３９４Ａ、１３９４Ｂ、１３２２およびダイオード１３１３、１３１５と共に、第２図に関して説明した同様に構成されている対応する要素と同様な態様で動作する。第２図に示す構成とはさらに異なり、第２出力トランジスタ３１６Ａのコレクタは抵抗１３９４Ａに接続されており、この抵抗は抵抗１３９４Ｂと直列である。フィードバック・コンデンサ１３５４を有する積分増幅手段１３５０は、１実施例においては約２．５ボルトであることが有利である基準電圧Ｖ_REF2を含んでいる。サンプル信号Ｖ_poが抵抗１３９４Ａと１３９４Ｂの間から取られる。Ｖ_po の値がＶ_REF2と等しくないときに、わずかな電流が抵抗１３６２から積分増幅手段１３５０の反転入力に送られる。Ｖ_poがＤＣ／ＤＣ変換器３２８ＡによってＶ_REF と等しくなるように駆動されるため、電流Ｉ_poは約０となる。さらに、重要なのは、動作電流源制御部の脚の一方だけがサーボ・ループに入っているということに留意することである。これは２つの脚についてリング・レーザ・ジャイロ管の電圧に存在する可能性のある差を説明するものである。本装置が脚の一方のみを調節するサーボ機構を便用しているため、両方の脚の電流はほとんど変化しない。本装置はさらに、トランジスタ３１０Ａおよび３１６Ａのコレクタに少なくとも１０ボルトの逆バイアスをかけることによって、リング・レーザ・ジャイロ管の電圧を考慮している。この付加的なバイアスをかけても、本装置ではリング・レーザ・ジャイロが従来技術よりも電圧の絶対値がはるかに低い電圧で動作することが可能である。積分増幅手段１３５０は信号１３５１を、マイクロコントローラ１００の一部であるアナログ・ディジタル変換器１１０のアナログ・ディジタル入力に与える。マイクロコントローラ１００は信号１３５１を周知の態様で処理し、信号１３５１に応じたパルス幅変調信号（ＰＷＭ）を比例ＤＣ／ＤＣ変換器３２８Ａの入力へ出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器３２８Ａは次いで、ＰＷＭ信号に比例した出力１３２８を、抵抗１３５８とコンデンサ１３６０からなるＲＣフィルタによって、リング・レーザ・ジャイロ１０のカソード２０３に与える。図示の実施例においては、＋１５ボルトがＤＣ／ＤＣ変換器３２８Ａの十入力１３０１に供給される。当分野の技術者には、同等の装置を第４図に関して検討した回路と置き換えられることが認識されよう。たとえば、上述のパルス幅変調装置を比例ＤＣ／ＤＣ変換器に結合したトランジスタに変えることができる。動作時に、電圧信号Ｖ_poが積分増幅手段１３５０とコンデンサ１３５４からなる積分器に入力される。サンプル電圧は２０秒の時定数を有しているのが好ましい積分器によって逆転される。積分増幅手段１３５０の出力はマイクロコントローラのＡ／Ｄ変換器１１０によってサンプルされる。マイクロコントローラは次いで、パルス幅変調信号入力をＤＣ／ＤＣ変換器３２８Ａにもたらす。ＤＣ／ＤＣ変換器は、この例においては、サンプル点を基準電圧Ｖ_REF2に下げるように動作する。この構成には、回路の電力がすべてリング・レーザ・ジャイロのプラズマとして散逸し、小型の安定抵抗をも必要としないという利点がある。本発明の実施例をさらによく理解できるようにするために、抵抗のいくつかの公称値を示す。第７図をさらに参照すると、ハネウェル社が作製した本発明のプロトタイプ実施例において、出力トランジスタにハイブリッド・パッケージの２Ｎ３７４３ＰＮＰトランジスタ・ダイを使用して、動作電流制御回路装置を構築した。表面実装ＳＯＴ−２３パッケージのＭＭＢＴ６５２０ＰＮＰトランジスタに置き換えることで、大幅なコスト・ダウンを達成できることが後で判明した。本回路に必要な唯一の高周波構成要素は、２Ｎ３７４３トランジスタであり、このトランジスタのＦ_Tは３０ＭＨｚ超であり、コレクタ・ベース・キャパシタンスは１５ｐＦ未満である。カソード電圧は電子部品における電力散逸を最小限とするようなサーブ動作をするが、これはすべての電子部品がジャイロ・ハウジング内に配置されているものであるから、モジュラー電子部品の設計には重要な事項である。２Ｎ３７４３のコレクタ電圧の一方、すなわちＶ_poを２２ＭΩの抵抗を使用して監視する。この抵抗は次いで少量の電流を積分器に供給する。積分器の出力は次いで、ＤＣ／ＤＣ変換器の入力を制御する。閉ループの時間定数は約０．５秒である。１例において、Ａ／Ｄ変換器への入力が約０ボルトから５ボルトへ変化すると、対応するパルス幅変調信号のデューティサイクルは約４５％から約３０％の範囲となる。リング・レーザ・ジャイロは動作時に負の抵抗を示す。リング・レーザ・ジャイロの負の抵抗はほぼ一定の電流散逸をもたらす。電流が増加すると、カソード電流は自動的にサーブ動作して低い電圧となり、これによって電力を一定に保つ。第６図の設計は約２００−４００ミリワットの電力をジャイロに与えるとともに、最大約５０ミリワットの電力を散逸する。特許法に合わせ、かつ新規の原理を適用し、かつ、必要に応じ、かかる専用構成要素を構成し、使用するのに必要な情報を当分野の技術者に提供するため、本発明を相当程度詳細にわたって説明してきた。しかしながら、本発明を本質的に異なる機器および装置を使用して実施できること、ならびに機器の細部および動作手順の両方に関する各種の改変を、本発明自体の精神から逸脱することなく達成できることを理解すべきである。たとえば、動作電流がリング・レーザ・ジャイロのアノードではなく、カソードに供給される２重リング・レーザ・ジャイロ・システムを構成することができる。このような場合、本例に用いられているＰＮＰトランジスタはＮＰＮトランジスタと置き換えられ、ＮチャネルＦＥＴはＰチャネルＦＥＴと置き換えられ、電源の局性は逆にされる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９４年９月１５日【補正内容】補正請求の範囲１．ハウジング（１７）を有し、リング・レーザ・ジャイロを高電圧で起動できるリング・レーザ・ジャイロ（１０）において、ハウジング内で気密シール低圧電圧源接続を行うハウジング内の低圧電源接続手段（３３４、３３５）と、リング・レーザ・ジャイロを起動するための高圧起動手段（３５０）とを備えており、高圧起動手段がハウジング内に収められており、ハウジング内で低圧電源接続手段に接続されていることを特徴とする前記リング・レーザ・ジャイロ。２．気密シール低圧電圧源接続が１０^-6Ｔｏｒｒ未満までをシールすることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のリング・レーザ・ジャイロ。３．低圧電圧源接続に３２０ＤＣ電圧の電圧を供給することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のリング・レーザ・ジャイロ。４．低圧電圧源接続にさらに論理レベルの電圧を供給することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のリング・レーザ・ジャイロ。５．高圧起動手段がａ．直流低電圧を交流信号に変換する高圧パルス発生手段であって、直流低電圧に接続されており、低電圧交流出力を有している高圧パルス発生手段（３５２）と、ｂ．低電圧交流出力に接続されている電圧変換手段であって、動作電流制御出力とレーザ・アノード供給出力とを供給する電圧変換手段（３５４）とを備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のリング・レーザ・ジャイロ。６．高圧起動手段が直流低電圧を供給する低電圧源を含んでおり、その低電圧源が諭理レベルの電圧を供給することを特徴とする請求の範囲第５項に記載の高圧起動手段。７．リング・レーザ・ジャイロが第１および第２レーザ・ビームをさらに備えており、電圧変換手段が第１および第２アノード供給出力（２０１Ａ、２０１Ｂ）と、第１および第２動作電流制御出力（７１７，７１９）を備えていることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の高圧起動手段。８．高圧パルス発生手段がａ．交流論理レベル入力（３３５）に接続された第１抵抗入力を有すると共に第１抵抗出力を有している第１抵抗手段（Ｒ１）と、ｂ．第１抵抗出力に接続された第２抵抗入力を有すると共に第２抵抗出力を有している第２抵抗手段（Ｒ２）と、ｃ．第２抵抗出力に接続された第３抵抗入力を有し、接地されている第３抵抗出力を有している第３抵抗手段（Ｒ３）と、ｄ．第１抵抗手段に接続された第１ダイオード入力を有すると共に第１ダイオド出力を有している第１ダイオード手段（Ｄ１）と、ｅ．第２抵抗出力に接続された第１ベースと、第１ダイオード出力に接続された第コレクタと、接地されている第１コレクタとを有する第１トランジスタ手段（Ｔ１）と、ｆ．第１ダイオード出力に接続された第４抵抗入力を有すると共に、第４抵抗出力を有している第４抵抗手段（Ｒ４）と、ｇ．第１ダイオード出力に接続された第２ベースと、第４抵抗出力に接続された第２コレクタと、低電圧交流出力に接続された第２エミッタとを有する第２トランジスタ手段（Ｔ２）と、ｈ．低電圧交流出力に接続された第２ダイオード出力と、第１ダイオード出力に接続されている第２ダイオード出力とを有している第２ダイオード手段（Ｄ２）と、ｉ．低電圧交流出力に接続された第３ダイオード入力と、低電圧交流出力に接続されている第３ダイオード出力とを有している第３ダイオード手段（Ｄ３）と、ｊ．第４抵抗出力に接続された第４ダイオード入力と、低電圧源に接続されている第４ダイオード出力とを有している第４ダイオード手段（Ｄ４）と、ｋ．第３抵抗出力に接続されている第５抵抗入力と、低電圧交流電流出力に接続されている第５抵抗出力を有している第５抵抗手段（Ｒ５）とをさらに備えていることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の高圧起動装置。９．レーザ・ジャイロが第１レーザ・アノードと第２レーザ・アノードを有しており、電圧変換手段がａ．第１動作電流制御電圧源（７１７）と、ｂ．第２動作電流制御電圧源（７１９）と、ｃ．第１動作電流制御電圧源に接続されている第１ダイオード入力と第１ダイオード出力とを有している第１ダイオード手段（ＣＲ１）と、ｄ．第２動作電流制御電圧源に接続されている第２ダイオード入力と第２ダイオード出力とを有している第２ダイオード手段（ＣＲ２）と、ｅ．低電圧交流電流源と接地とに接続されており、所定の電圧乗算比の乗算電圧出力を有する電圧乗算手段（７１５）と、ｆ．第１ダイオード手段に接続されている第１抵抗入力と、乗算電圧出力に接続されている第１抵抗出力とを有している第１抵抗手段（２１０Ａ）と、ｇ．乗算電圧出力に接続されている第２抵抗入力と、第２ダイオード出力に接続されている第２抵抗出力とを有している第２抵抗手段（２１０Ｂ）と、ｈ．第１ダイオード出力に接続されている第３抵抗入力と、第１レーザ・アノードに接続されている第３抵抗出力とを有している第３抵抗手段（２１０Ｃ）と、ｉ．第２ダイオード出力に接続されている第４抵抗入力と、第２レーザ・アノドに接続されている第４抵抗出力とを有している第４抵抗手段（２１０Ｄ）とをさらに備えていることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の高圧起動手段。１０．高圧起動装置がａ．電流値に応じたディジタル制御信号を発生する手段（１２０）と、ｂ．ディジタル制御信号発生手段に結合され、ディジタル制御信号をアナログ信号に変換する手段（３５２）と、ｃ．アナログ信号に結合され、アナログ信号に応じ、かつディジタル制御信号に比例してリング・レーザ・ジャイロのアノードに駆動電流を供給する手段（３５４）とを備えている動作電流制御装置をさらに含んでいることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の高圧起動装置。１１．電流値に応じてディジタル制御信号を発生するための手段がディジタル・コントローラ（１００）を備えていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の高圧起動装置。１２．ディジタル・コントローラが第１および第２アナログ・ディジタル変換器入力ポート（１０１０，１０３）を含んでいるマイクロプロセッサを備えていることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の高圧起動装置。１３．動作電流制御装置が動作電流制御装置の内蔵テストを実行する手段（１００）をさらに含んでいることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の高圧起動装置。１４．リング・レーザ・ジャイロが第１アノード（２０１Ａ）および第２アノード（２０１Ｂ）を含んでおり、駆動電流をリング・レーザ・ジャイロのアノードに供給するためにアナログ信号に結合されている手段が第１電流ソース脚（２１０Ｃ，２１０Ａ）と第２電流ソース脚（２１０Ｄ，２１０Ｂ）とを備えており、第１電流ソース脚が第１アノードに結合され、第２電流ソース脚が第２アノードに結合されていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の高圧起動装置、１５．第１および第２電流制御脚の各々が、ａ．変換手段からのアナログ信号に結合され、出力およびフィードバック手段（１３３８，１３３９）を含んでいる増幅手段（３１２Ａ，３１４Ａ）と、ｂ．ゲート、ドレンおよびソースを有し、ゲートが増幅手段の出力に結合されている電解効果トランジスタ手段（３２０Ａ，３２１Ａ）と、ｃ．エミッタ、ベースおよびコレクタを有し、ベースが電解効果トランジスタ手段のドレンに結合され、エミッタがフィードバック手段に結合されているトランジスタ手段（３１０Ａ，３１６Ａ）と、ｄ．第１端子でコレクタへ接続されている第１抵抗手段（１３９０，１３２２）と、ｅ．第１端子でベースに接続されている第２抵抗手段（１３９９，１３９４Ａ）と、ｆ．アノードとカソードを有しており、アノードにおいて第１および第２抵抗手段の各々の第２端子に接続されているダイオード手段（１３１３，１３１５）と、ｇ．ダイオード手段のアノードと、リング・レーザ・ジャイロの第１および第２アノードの一方との間に接続された第３抵抗手段（１３７０，１３７２）とを備えており、トランジスタ手段が最悪時のＢＥＴＡ動作パラメータを有しており、第１、第２および第３抵抗手段が最悪時のＢＥＴＡに対して希望する電流範囲でのトランジスタの動作を確保するように選択されていることを特徴とする、請求の範囲第１４項に記載の高圧起動装置。【図４】【図６】

Claims

【特許請求の範囲】１．リング・レーザ・ジャイロを高電圧で起動できる、レーザとハウジングを有するリング・レーザ・ジャイロにおいて、ａ．ハウジング内で気密シール低圧電圧源接続をもたらす低圧電源接続手段と、ｂ．リング・レーザ・ジャイロを起動するための高圧起動手段とを備えており、高圧起動手段がハウジング内に収められており、ハウジング内で低圧電源接続手段に接続されていることを特徴とする前記リング・レーザ・ジャイロ。２．気密シール低圧電圧源接続が１０^-6Ｔｏｒｒ未満までをシールすることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のリング・レーザ・ジャイロ。３．低圧電圧源接続が３２０ＶＤＣの電圧をもたらすことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のリング・レーザ・ジャイロ。４．低圧電圧源接続がさらに論理レベルの電圧をもたらすことを特徴とする、請求の範囲第３項に記載のリング・レーザ・ジャイロ。５．ａ．直流低電圧を交流信号に変換する高圧パルス発生手段であって、直流低電圧に接続されており、低電圧交流出力を有している高圧パルス発生手段と、ｂ．低電圧交流出力に接続されている電圧変換手段であって、動作電流制御出力とレーザ・アノード供給出力をもたらす電圧変換手段とを備えていることを特徴とする、リング・レーザ・ジャイロ用の高圧起動装置。６．直流低電圧をもたらす低電圧源を含んでおり、低電圧源が諭理レベルの電圧ももたらすことを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の高圧起動装置。７．リング・レーザ・ジャイロが第１および第２レーザ・ビームをさらに備えており、電圧変換手段が第１および第２アノード供給出力と、第１および第２動作電流制御出力をもたらすことを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の高圧起動装置。８．高圧パルス発生手段がａ．入力が交流論理レベル入力に接続されている第１抵抗手段であって、第１抵抗出力を有している第１抵抗手段と、ｂ．入力が第１抵抗出力に接続されている第２抵抗手段であって、第２抵抗出力を有している第２抵抗手段と、ｃ．入力が第２抵抗出力に接続されている第３抵抗手段であって、接地されている第３抵抗出力を有している第３抵抗手段と、ｄ．入力が第１抵抗手段に接続されている第１ダイオード手段であって、第１ダイオード出力を有している第１ダイオード手段と、ｅ．第１ベースが第２抵抗出力に接続されており、第１コレクタが第１ダイオード出力に接続されており、第１エミッタが接地されている第１トランジスタ手段と、ｆ．入力が第１ダイオード出力に接続されている第４抵抗手段であって、第４抵抗出力を有している第４抵抗手段と、ｇ．第２ベースが第１ダイオード出力に接続されており、第２コレクタが第４抵抗出力に接続されており、第２エミッタが低電圧交流出力に接続されている第２トランジスタ手段と、ｈ．入力が低電圧交流出力に接続されている第２ダイオード手段であって、第１ダイオード出力に接続されている第２ダイオード出力を有している第２ダイオード手段と、ｉ．入力が低電圧交流出力に接続されている第３ダイオード手段であって、低電圧交流出力に接続されている第３ダイオード出力を有している第３ダイオード手段と、ｊ．入力が第４抵抗出力に接続されている第４ダイオード手段であって、低電圧源に接続されている第４ダイオード出力を有している第４ダイオード手段と、ｋ．出力が第３抵抗出力に接続されている第５抵抗手段であって、低電圧交流電流出力に接続されている第５抵抗出力を有している第５抵抗手段とをさらに備えていることを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の高圧起動装置。９．レーザ・ジャイロが第１レーザ・アノードと第２レーザ・アノードを有しており、電圧変換手段がａ．第１動作電流制御電圧源と、ｂ．第２動作電流制御電圧源と、ｃ．入力が第１動作電流制御電圧源に接続されている第１ダイオード手段であって、第１ダイオード出力を有している第１ダイオード手段と、ｄ．入力が第２動作電流制御電圧源に接続されている第２ダイオード手段であって、第２ダイオード出力を有している第２ダイオード手段と、ｅ．低電圧交流電流源と接地に接続されており、所定の電圧乗算比の乗算電圧出力を有している電圧乗算手段と、ｆ．入力が第１ダイオード手段に接続されている第１抵抗手段であって、乗算電圧出力に接続されている第１抵抗出力を有している第１抵抗手段と、ｇ．入力が乗算電圧出力に接続されている第２抵抗手段であって、第２ダイオード出力に接続されている第２抵抗出力を有している第２抵抗手段と、ｈ．入力が第１ダイオード出力に接続されている第３抵抗手段であって、第１レーザ・アノードに接続されている第３抵抗出力を有している第３抵抗手段と、ｉ．入力が第２ダイオード出力に接続されている第４抵抗手段であって、第２レーザ・アノードに接続されている第４抵抗出力を有している第４抵抗手段とをさらに備えていることを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の高圧起動装置。１０．ａ．電流値に応じたディジタル制御信号を発生する手段と、ｂ．ディジタル制御信号をアナログ信号に変換するための、ディジタル制御信号発生手段に結合された手段と、ｃ．アナログ信号に応じ、かつディジタル制御信号に比例してリング・レーザ・ジャイロのアノードに駆動電流を供給するためにアナログ信号に結合された手段とを備えている動作電流制御装置をさらに含んでいることを特徴とする、請求の範囲第９項に記載の高圧起動装置。１１．電流値に応じてディジタル制御信号を発生するための手段がディジタル・コントローラ（１００）を備えていることを特徴とする、請求の範囲第１０項に記載の高圧起動装置。１２．ディジタル・コントローラが第１および第２アナログ・ディジタル変換器入力ポート（１０１０、１０３）を含んでいるマイクロプロセッサ（１２０）を備えていることを特徴とする、請求の範囲第１１項に記載の高圧起動装置。１３．動作電流制御装置が動作電流制御装置の内蔵テストを実行する手段（１００）をさらに含んでいることを特徴とする、請求の範囲第１２項に記載の高圧起動装置。１４．リング・レーザ・ジャイロが第１アノード（２０１Ａ）および第２アノード（２０１Ｂ）を含んでおり、駆動電流をリング・レーザ・ジャイロのアノードに供給するためにアナログ信号に結合されている手段が第１電流ソース脚（２１０Ｃ、２１０Ａ）と第２電流ソース脚（２１０Ｄ、２１０Ｂ）とを備えており、第１電流ソース脚が第１アノードに結合されており、第２電流ソース脚が第２アノードに結合されていることを特徴とする、請求の範囲第１０項に記載の高圧起動装置。１５．第１および第２電流制御脚の各々が、ａ．変換手段からのアナログ信号に結合されている増幅手段であって、出力およびフィードバック手段（１３３８，１３３９）を含んでいる増幅手段（３１２Ａ、３１４Ａ）と、ｂ．ゲート、ドレンおよびソースを含んでいる電解効果トランジスタ手段であって、ゲートが増幅手段の出力に結合されている電解効果トランジスタ手段（３２０Ａ、３２１Ａ）と、ｃ．エミッタ、ベースおよびコレクタを含んでいるトランジスタ手段であって、ベースが電解効果トランジスタ手段のドレンに結合されており、エミッタがフィードバック手段に結合されているトランジスタ手段（３１０Ａ、３１６Ａ）と、ｄ．第１端子でコレクタにおける第１抵抗手段（３９０、１３２２）と、ｅ．第１端子でベースに接続されている第２抵抗手段（１３９９、１３９４Ａ）と、ｆ．アノードとカソードを有しており、アノードにおいて第１および第２抵抗手段の各々の第２端子に接続されているダイオード手段（１３１３、１３１５）と、ｇ．ダイオード手段のアノードと、リング・レーザ・ジャイロの第１および第２アノードの一方の間に接続された第３抵抗手段（１３７０、１３７２）とを備えており、トランジスタ手段が最悪時のＢＥＴＡ動作パラメータを有しており、第１、第２および第３抵抗手段が最悪時のＢＥＴＡに対して希望する電流範囲でのトランジスタの動作を確保するように選択されていることを特徴とする、請求の範囲第１４項に記載の高圧起動装置。