KR102027525B1 - 플라즈마 분광을 이용하여 링 레이저 내부의 기체의 압력 변화를 측정하는 링 레이저 자이로스코프 - Google Patents

플라즈마 분광을 이용하여 링 레이저 내부의 기체의 압력 변화를 측정하는 링 레이저 자이로스코프 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 링 레이저 자이로스코프는, 레이저 이득 매질을 포함하는 도관 내에서 서로 반대 방향으로 진행하는 레이저 빔을 발생시키는 링 레이저; 상기 링 레이저로부터 방출된 방출 광의 광학적 특성을 분석하여, 분광 스펙트럼을 생성하는 분광부; 상기 링 레이저로 흐르는 방전 전류를 측정하여, 전류 측정값을 생성하는 전류 측정부; 상기 링 레이저의 온도를 측정하여, 온도 측정값을 생성하는 온도 측정부; 및 상기 분광 스펙트럼, 상기 전류 측정값 및 상기 온도 측정값을 기초로, 상기 레이저 이득 매질의 순도 및 압력을 판단하는 판단부를 포함한다.

Description

플라즈마 분광을 이용하여 링 레이저 내부의 기체의 압력 변화를 측정하는 링 레이저 자이로스코프{RING LASER GYROSCOPE FOR MEASURING PRESSURE CHANGE OF GAS INSIDE RING LASER USING PLASMA SPECTROSCOPY}
본 발명의 실시예는 링 레이저 자이로스코프, 특히 플라즈마 분광을 이용하여 링 레이저 내부의 혼합 기체의 압력 변화 또는 순도 변화를 측정할 수 있는 링 레이저 자이로스코프에 관한 것이다.
링　레이저를 포함하는 자이로스코프 장치는 회전각을 검출하는 센서로서 광학 방식이 갖는 높은 정밀함과 견고성을 특징으로 하며, 관성 항법 체계(INS; Inertial Navigation System)를 비롯한 운동 제어를 필요로 하는 여러 분야에서 기존의 기계식 자이로스코프를 대체해 오고 있다.　
링 레이저는 적어도 3개의 반사경으로 이루어진 공진기 안에 서로 반대 방향(예컨대, 시계 방향과 반 시계 방향)으로 진행하는　레이저　빔이 동시에 발진시킨다. 링 레이저가 회전하게 되면, 서로 반대 방향으로 진행하는 레이저 빔의 진동수는, 사낙(Sagnac) 효과에 의해 공진기의 회전각속도에 비례하여 주파수 차이가 발생한다.
링 레이저를 포함하는 자이로스코프 장치는 회전시킬 때 발생하는 상기 레이저　빔의 주파수의 차이를 검출하여 회전 각도(또는, 회전 각속도)를 측정하는 장치이다.
레이저 빔은 도관에 포함된 레이저 이득 매질을 방전시킴으로써 발생하며, 레이저 빔의 세기가 일정하게 유지되기 위해서는 레이저 이득 매질의 내부 압력 및 순도가 유지되어야 한다. 그러나, 링 레이저 자이로스코프 제조 기술의 한계로 인하여, 현실적으로 레이저 이득 매질의 내부 압력과 순도는 시간이 흐름에 따라 변화된다.
따라서, 링 레이저 자이로스코프의 성능을 예측하기 위하여, 레이저 이득 매질의 내부 압력 및 순도를 측정하는 기술이 요구되고 있다.
이와 관련하여, 한국 등록 특허 제10-1121879호는 "링 레이저 자이로스코프의 위상 오차 보상 방법 및 이를 위한 장치"에 관하여 개시하고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 링 레이저를 파괴하지 않고, 링 레이저 내부의 혼합 기체의 압력 변화 또는 순도 변화를 측정할 수 있는 링 레이저 자이로스코프를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 링 레이저 자이로스코프는, 레이저 이득 매질을 포함하는 도관 내에서 서로 반대 방향으로 진행하는 레이저 빔을 발생시키는 링 레이저; 상기 링 레이저로부터 방출된 방출 광의 광학적 특성을 분석하여, 분광 스펙트럼을 생성하는 분광부; 상기 링 레이저로 흐르는 방전 전류를 측정하여, 전류 측정값을 생성하는 전류 측정부; 상기 링 레이저의 온도를 측정하여, 온도 측정값을 생성하는 온도 측정부; 및 상기 분광 스펙트럼, 상기 전류 측정값 및 상기 온도 측정값을 기초로, 상기 레이저 이득 매질의 순도 및 압력을 판단하는 판단부를 포함한다.
본 발명에서, 상기 링 레이저는 상기 도관이 내부에 형성된 레이저 블록; 상기 레이저 빔 및 상기 방전 전류를 발생시키는 캐소드 전극부 및 애노드 전극부; 상기 레이저 빔을 반사시키기 위한 반사경들; 상기 반사경들 중 어느 하나 상에 배치되며, 상기 레이저 빔을 분산시키는 프리즘; 및 분산된 상기 레이저 빔을 검출하는 광 검출부를 포함한다.
본 발명에서, 상기 레이저 이득 매질에 대한 초기 스펙트럼 및 압력 테이블을 저장하는 저장부를 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 판단부는, 상기 분광 스펙트럼 및 상기 초기 스펙트럼을 비교함으로써, 상기 도관 내 상기 레이저 이득 매질의 순도를 판단하는 순도 판단부; 및 상기 분광 스펙트럼, 상기 전류 측정값 및 상기 온도 측정값을 기초로, 상기 레이저 이득 매질의 도관 내 압력을 판단하는 압력 판단부를 포함한다.
본 발명에서, 상기 압력 판단부는, 상기 전류 측정값 및 상기 온도 측정값을 기준으로, 상기 분광 스펙트럼에 도시된 제1 광도값 및 제2 광도값을 상기 압력 테이블에 매치함으로써, 상기 레이저 이득 매질의 상기 압력을 판단한다.
본 발명에서, 상기 제1 광도값은, 상기 레이저 이득 매질에 포함된 제1 기체의 제1 파장에서의 광의 세기를 나타내고, 상기 제2 광도값은, 상기 레이저 이득 매질에 포함된 제2 기체의 제2 파장에서의 광의 세기를 나타낸다.
본 발명에서, 상기 제1 기체는, 헬륨 기체고, 상기 제2 기체는 네온 기체이다.
본 발명에서, 상기 제1 파장은 667nm이고, 상기 제2 파장은 639nm이다.
본 발명에서, 상기 링 레이저 및 상기 분광부를 고정시키기 위한 위치 고정 부재를 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 판단부로부터 상기 레이저 이득 매질의 상기 순도 및 상기 압력을 나타내는 순도 정보 및 압력 정보를 수신하여, 상기 순도 정보 및 압력 정보를 표시하기 위한 표시부를 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 초기 스펙트럼은, 상기 링 레이저의 동작 초기에 상기 분광부에 의해 생성된다.
본 발명의 실시예에 따른 링 레이저 자이로스코프는 링 레이저를 파괴하지 않고, 링 레이저 내부의 혼합 기체의 압력 변화 또는 순도 변화를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 링 레이저 자이로스코프는 링 레이저에 포함된 거울 또는 전극 등의 구성 부품의 성능을 간접적으로 측정할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 상기 효과들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 링 레이저 자이로스코프를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 링 레이저를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 판단부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방전 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이득 매질의 내부 압력에 따른 광의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 방전 전류에 따른 광의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 온도에 따른 광의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. "및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함할 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 링 레이저 자이로스코프(10)를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 링 레이저 자이로스코프(10)는 링 레이저(100), 분광부(200), 전류 측정부(300), 온도 측정부(400), 판단부(500), 저장부(600) 및 표시부(700)를 포함할 수 있다.
링 레이저(100)는 레이저 이득 매질을 포함하는 도관 내에서 서로 반대 방향으로 진행하는 레이저 빔을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 레이저 이득 매질은 헬륨 기체 및 네온 기체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 링 레이저(100)와 관련된 상세한 내용은 도 2에서 설명된다.
분광부(200)는 링 레이저(100)로부터 방출되는 방출 광(EL)을 분석하여 분광 스펙트럼(SPR)을 생성할 수 있다. 즉, 분광부(200)는 링 레이저(100)의 일측에 배치되며, 링 레이저(100)로부터 방출되는 방출 광(EL)을 분석하고, 광의 파장에 따른 광의 세기를 나타내는 분광 스펙트럼(SPR)을 생성할 수 있다. 분광부(200)는 분광 스펙트럼(SPR)을 판단부(500)로 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 분광부(200)는 광의 분석에 사용되는 분광기(spectroscope)로 구현될 수 있다. 분광 스펙트럼(SPR)에 대한 상세한 내용은 도 4에서 설명된다.
전류 측정부(300)는 링 레이저(100)로 흐르는 방전 전류(EC)를 측정하여, 전류 측정값(CMV)을 생성할 수 있다. 즉, 전류 측정부(300)는 링 레이저(100)가 레이저 빔을 생성할 때, 발생하는 방전 전류(EC)를 측정하고, 측정된 전류를 나타내는 전류 측정값(CMV)을 생성할 수 있다. 전류 측정부(300)는 전류 측정값(CMV)을 판단부(500)로 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 전류 측정부(300)는 전류계로 구현될 수 있다.
온도 측정부(400)는 링 레이저(100)의 온도를 측정하여, 온도 측정값(TMV)을 생성할 수 있다. 즉, 온도 측정부(400)는 링 레이저(100)의 일측에 배치되며, 링 레이저(100)로부터 방출되는 열(LH)을 기초로, 링 레이저(100)의 온도를 측정할 수 있다. 온도 측정부(400)는 온도 측정값(TMV)을 판단부(500)로 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 온도 측정부(400)는 온도계로 구현될 수 있다.
판단부(500)는 분광 스펙트럼(SPR), 전류 측정값(CMV) 및 온도 측정값(TMV)에 기초하여, 레이저 이득 매질의 순도 및 압력을 판단할 수 있다. 그리고, 판단부(500)는 측정된 레이저 이득 매질의 순도 및 압력을 각각 나타내는 순도 정보(PUI) 및 압력 정보(PRI)를 생성하고, 순도 정보(PUI) 및 압력 정보(PRI)를 표시부(700)로 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 판단부(500)는 이와 관련된 상세한 내용은, 도 3에서 설명된다. 실시예에 따라, 판단부(500)는 CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit) 등으로 구현될 수 있다.
저장부(600)는 판단부(500)에 의해 실행될 수 있는 프로그램을 구성하는 다수의 명령어들 및 데이터를 저장할 수 있다. 즉, 저장부(600)는 판단부(500)의 동작에 필요한 데이터(예컨대, 초기 스펙트럼 및 압력 테이블)을 저장할 수 있다. 실시예에 따라, 저장부(600)는 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive) 등으로 구현될 수 있다.
표시부(700)는 순도 정보(PUI) 및 압력 정보(PRI)를 수신하고, 순도 정보(PUI) 및 압력 정보(PRI)를 외부로 표시할 수 있다. 예컨대, 표시부(700)는 표시 패널(display panel)로 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 표시부(700)는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display) 등의 다양한 방식의 표시 장치로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 링 레이저(100)를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 도 2에서 링 레이저(100)와 함께, 분광부(200) 및 온도 측정부(400)가 함께 도시된다.
도 2를 참조하면, 링 레이저(100)는 레이저 블록(101), 캐소드 전극부(102), 애노드 전극부(103), 반사경들(104), 프리즘(105) 및 광 검출부(106)를 포함할 수 있다.
레이저 블록(101)은 그 내부에 도관(107)이 형성되고, 도관(107)은 레이저 이득 매질을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 레이저 이득 매질은 헬륨(He) 기체 및 네온(Ne) 기체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도관(107)은 레이저 블록(101)에 의해 외기로부터 밀봉될 수 있다. 예컨대, 도관(107)은 다각형 형태, 특히, 삼각형 또는 사각형 형태를 가질 수 있다.
캐소드 전극부(102)는 레이저 블록(101)의 일 측면에 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 캐소드 전극부(102)는 적어도 하나의 캐소드 전극을 포함할 수 있다.
애노드 전극부(103)는 레이저 블록(101)의 상기 일 측면과 상이한 타 측면에 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 애노드 전극부(103)는 캐소드 전극을 기준으로 서로 반대 방향에 배치되는 2개의 애노드 전극들을 포함할 수 있다. 애노드 전극부(103)에 포함된 애노드 전극들 중 하나는 진공 튜브(vacuum tube)로 구현될 수 있다.
캐소드 전극부(102) 및 애노드 전극부(103)는, 캐소드 전극부(102) 및 애노드 전극부(103)로 인가되는 전압에 의해 레이저 이득 매질을 방전시킴으로써, 레이저 빔(LS)을 발생시킬 수 있다. 이때, 레이저 빔(LS)과 함께, 방전 전류가 발생할 수 있다. 예컨대, 레이저 빔(LS)의 주파수는 레이저 이득 매질의 레이저　주파수 및 광학 공동(cavity)의 공정 주파수에 의해 결정될 수 있다. 레이저 빔(LS)은, 상기 도관(107) 내에서 서로 반대 방향(예컨대, 시계 방향 또는 반 시계 방향)으로 진행할 수 있다.
반사경들(104)은 레이저 빔(LS)을 반사시킬 수 있다. 예컨대, 반사경들(104)은 도관(107)의 모서리 영역에 배치될 수 있다. 즉, 도관(107)의 모서리 영역에 배치된 반사경들(104)은 레이저 빔(LS)을 반사시킴으로써, 레이저 빔(LS)의 진행 방향을 조절할 수 있다.
프리즘(105)은 반사경들(104) 중 어느 하나 상에 배치될 수 있다. 프리즘(105)은 레이저 빔(LS)을 분산시킬 수 있다.
광 검출부(106)는 분산된 레이저 빔을 검출할 수 있다. 예컨대, 광 검출부(106)는 분산된 레이저 빔의 세기를 전기 신호로 변환하는 광 검출기를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 쿼드 셀 광 검출기는 2개 또는 4개의 포토 다이오드들을 포함할 수 있다.
회전에 따라, 레이저 빔(LS)의 주파수가 변화되므로, 광 검출부(106)에 의해 검출되는 전기 신호를 분석함으로써, 링 레이저 자이로스코프는 회전의 정도를 측정할 수 있다.
분광부(200)는 레이저 블록(101)의 일측에 배치될 수 있다. 예컨대, 분광부(200)는 애노드 전극부(103)에 인접하게 배치될 수 있다. 분광부(200) 및 링 레이저(100)는 위치 고정 부재(PSU)에 의해 고정될 수 있다. 분광부(200) 및 링 레이저(100)의 위치가 고정됨으로써, 분광부(200)는 방출 광(EL)을 보다 안정적으로 분석할 수 있다.
분광부(200)는 레이저 블록(101)으로부터 방출되는 방출 광(EL)을 수신하고, 방출 광(EL)을 분석하여 분광 스펙트럼(SPR)을 생성할 수 있다. 예컨대, 방출 광(EL)은 레이저 빔(LS)으로부터 파생된 광일 수 있다.
온도 측정부(400)는 레이저 블록(101)의 일측에 배치될 수 있다. 온도 측정부(400)는 링 레이저(100)가 동작하는 동안, 링 레이저(100)의 온도를 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 판단부(500)를 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분광 스펙트럼(SPR)을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 판단부(500)는 순도 판단부(510) 및 압력 판단부(520)를 포함할 수 있다.
순도 판단부(510)는 분광부(200)로부터 분광 스펙트럼(SPR)을 수신하고, 저장부(600)로부터 초기 스펙트럼(ISP)을 불러올 수 있다. 순도 판단부(510)는 분광 스펙트럼(SPR) 및 초기 스펙트럼(ISP)을 기초로, 레이저 이득 매질의 순도를 판단할 수 있다.
상세하게, 도 2에 도시된 도관(107)은 레이저 이득 매질로 채워지며, 레이저 이득 매질은 다양한 기체를 포함할 수 있다.
다양한 기체로 구성된 레이저 이득 매질은 방전됨으로써, 구성 성분 별로 다양한 파장 영역대에 걸쳐 방출 광(EL)을 방출한다. 특히, 레이저 이득 매질은 제1 기체(G1) 및 제2 기체(G2)를 포함할 수 있다. 제1 기체(G1)는 헬륨(He) 기체고, 제2 기체(G2)는 네온(Ne) 기체일 수 있다. 도 4에 도시된 분광 스펙트럼(SPR)을 참조하면, 제1 기체(G1)는 방전되면서, 제1 파장(W1)에서 제1 광도값(L1)의 광을 방출하고, 제2 기체(G2)는 방전되면서 제2 파장(W2)에서 제2 광도값(L2)의 광을 방출할 수 있다. 예컨대, 제1 파장(W1)은 667nm이고, 제2 파장(W2)은 639nm일 수 있다.
순도 판단부(510)는 분광 스펙트럼(SPR) 및 초기 스펙트럼(ISP)을 비교하고, 도관(107) 내 레이저 이득 매질의 순도를 판단할 수 있다. 초기 스펙트럼(ISP)은 링 레이저(100)의 동작 초기에 분광부(200)에 의해 생성된 분광 스펙트럼으로, 저장부(600)에 저장될 수 있다. 그리고, 순도 판단부(510)는 초기 스펙트럼(ISP)과 이후 생성된 분광 스펙트럼(SPR)을 서로 비교함으로써, 순도의 변화를 판단할 수 있다.
순도 판단부(510)는 레이저 이득 매질의 순도에 대한 순도 정보(PUI)를 생성하고, 순도 정보(PUI)를 표시부(700)로 전송할 수 있다.
압력 판단부(520)는 분광부(200)로부터 분광 스펙트럼(SPR)을 수신하고, 전류 측정부(300)로부터 전류 측정값(CMV)을 수신하고, 온도 측정부(400)로부터 온도 측정값(TMV)을 수신할 수 있다. 또한, 압력 판단부(520)는 저장부(600)로부터 압력 테이블(PTB)을 불러올 수 있다.
압력 판단부(520)는 전류 측정값(CMV) 및 온도 측정값(TMV)을 기준으로, 분광 스펙트럼(SPR)에 도시된 제1 광도값(L1) 및 제2 광도값(L2)을 압력 테이블(PTB)에 매칭함으로써, 레이저 이득 매질의 압력을 판단할 수 있다.
즉, 압력 판단부(520)는 전류 측정값(CMV) 및 온도 측정값(TMV)에 대응하는 압력 테이블(PTB)을 기초하여, 제1 광도값(L1) 및 제2 광도값(L2)을 대입하고, 제1 광도값(L1) 및 제2 광도값(L2)에 매치되는 압력 값을 레이저 이득 매질의 압력으로 판단할 수 있다.
압력 판단부(520)는 레이저 이득 매질의 압력에 대한 압력 정보(PRI)를 생성하고, 압력 정보(PRI)를 표시부(700)로 전송할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압력에 따른 광의 세기 변화를 나타내는 그래프이다. 도 5에는 제1 기체(G1) 및 제2 기체(G2)의 압력에 따른 광의 세기 변화가 도시된다. 예컨대, 도 5에 도시된 압력에 따른 광의 세기 변화는 표준 온도 압력 (Standard Ambient Temperature and Pressure) 상태에서 측정된 결과일 수 있다. 본 명세서에서, 표준 온도 압력 상태란, 온도 25　°C　(298.15　K), 기압 1　bar　(100000　Pa)를 의미할 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 압력 테이블(PTB)은 도 5에 도시된 그래프를 구성하는 값들을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 그래프의 X축은 도관(107) 내부 압력으로 단위는 Torr이고, Y축은 광의 세기로 단위는 AU(arbitrary unit)이다. 본 명세서에서 AU 단위는 결과 값이 그래프에서 적절히 도시되도록 조절한 상대적인 단위를 의미할 수 있다.
도시된 바와 같이, 도관(107) 내의 레이저 이득 매질의 압력이 증가할수록 광의 세기도 증가한다. 따라서, 압력 판단부(520)는 제1 광도값(L1) 및 제2 광도값(L2)을 압력 테이블(TBL)에 포함된 그래프 값들에 매칭함으로써, 상응하는 압력 값을 레이저 이득 매질의 압력으로 판단할 수 있다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 방전 전류에 따른 광의 세기 변화를 나타내는 그래프이다. 도 5에는 제2 기체(G2)의 방전 전류에 따른 광의 세기 및 압력의 변화가 도시된다. 예컨대, 도 6에 도시된 방전 전류에 따른 광의 세기 변화는 표준 온도 압력 (Standard Ambient Temperature and Pressure) 상태에서 측정된 결과일 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 압력 테이블(PTB)은 도 6에 도시된 그래프를 구성하는 값들을 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 그래프의 X축은 전류 측정값(CMV)이 지시하는 방전 전류(EC)로 단위는 mA이고, Y축은 광의 세기로 단위는 AU(arbitrary unit)이다.
도시된 바와 같이, 방전 전류(EC)의 값이 증가할수록 광의 세기도 증가한다. 따라서, 압력 판단부(520)는 제2 광도값(L2) 및 전류 측정값(CMV)을 압력 테이블(TBL)에 포함된 그래프 값들에 매칭함으로써, 상응하는 압력 값을 레이저 이득 매질의 압력으로 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 온도에 따른 광의 세기 변화를 나타내는 그래프이다. 도 7에는 링 레이저(100)의 온도에 따른 제1 기체(G1) 및 제2 기체(G2)의 광의 세기가 도시된다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 압력 테이블(PTB)은 도 7에 도시된 그래프를 구성하는 값들을 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 그래프의 X축은 온도 측정값(TMV)이 지시하는 온도로 단위는 ℃이고, Y축은 광의 세기로 단위는 AU(arbitrary unit)이다.
도시된 바와 같이, 온도가 증가할수록 광의 세기도 증가한다. 따라서, 압력 판단부(520)는 제1 광도값(L1), 제2 광도값(L2) 및 온도 측정값(TMV)을 압력 테이블(TBL)에 포함된 그래프 값들에 매칭함으로써, 상응하는 압력 값을 레이저 이득 매질의 압력으로 판단할 수 있다.
상술한 방식으로, 본 발명의 실시예에 따른 링 레이저 자이로스코프는 링 레이저를 파괴하지 않고, 링 레이저 내부의 레이저 이득 매질(즉, 혼합 기체)의 압력 변화 또는 순도 변화를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 링 레이저 자이로스코프는 링 레이저에 포함된 거울 또는 전극 등의 구성 부품의 성능을 간접적으로 측정할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 링 레이저 자이로스코프 100: 링 레이저
200: 분광부 300: 전류 측정부
400: 온도 측정부 500: 판단부
600: 저장부 700: 표시부

Claims (11)

  1. 레이저 이득 매질을 포함하는 도관 내에서 서로 반대 방향으로 진행하는 레이저 빔을 발생시키는 링 레이저;
    상기 링 레이저로부터 방출된 방출 광의 광학적 특성을 분석하여, 분광 스펙트럼을 생성하는 분광부;
    상기 링 레이저로 흐르는 방전 전류를 측정하여, 전류 측정값을 생성하는 전류 측정부;
    상기 링 레이저의 온도를 측정하여, 온도 측정값을 생성하는 온도 측정부; 및
    상기 분광 스펙트럼, 상기 전류 측정값 및 상기 온도 측정값을 기초로, 상기 레이저 이득 매질의 순도 및 압력을 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 링 레이저 자이로스코프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 링 레이저는,
    상기 도관이 내부에 형성된 레이저 블록;
    상기 레이저 빔 및 상기 방전 전류를 발생시키는 캐소드 전극부 및 애노드 전극부;
    상기 레이저 빔을 반사시키기 위한 반사경들;
    상기 반사경들 중 어느 하나 상에 배치되며, 상기 레이저 빔을 분산시키는 프리즘; 및
    분산된 상기 레이저 빔을 검출하는 광 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 링 레이저 자이로스코프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 이득 매질에 대한 초기 스펙트럼 및 압력 테이블을 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링 레이저 자이로스코프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 분광 스펙트럼 및 상기 초기 스펙트럼을 비교함으로써, 상기 도관 내 상기 레이저 이득 매질의 순도를 판단하는 순도 판단부; 및
    상기 분광 스펙트럼, 상기 전류 측정값 및 상기 온도 측정값을 기초로, 상기 레이저 이득 매질의 도관 내 압력을 판단하는 압력 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 링 레이저 자이로스코프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압력 판단부는, 상기 전류 측정값 및 상기 온도 측정값을 기준으로, 상기 분광 스펙트럼에 도시된 제1 광도값 및 제2 광도값을 상기 압력 테이블에 매치함으로써, 상기 레이저 이득 매질의 상기 압력을 판단하는 것을 특징으로 하는 링 레이저 자이로스코프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 광도값은, 상기 레이저 이득 매질에 포함된 제1 기체의 제1 파장에서의 광의 세기를 나타내고,
    상기 제2 광도값은, 상기 레이저 이득 매질에 포함된 제2 기체의 제2 파장에서의 광의 세기를 나타내는 것을 특징으로 하는 링 레이저 자이로스코프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 기체는, 헬륨 기체고, 상기 제2 기체는 네온 기체인 것을 특징으로 하는 링 레이저 자이로스코프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 파장은 667nm이고, 상기 제2 파장은 639nm인 것을 특징으로 하는 링 레이저 자이로스코프.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 링 레이저 및 상기 분광부를 고정시키기 위한 위치 고정 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링 레이저 자이로스코프.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 판단부로부터 상기 레이저 이득 매질의 상기 순도 및 상기 압력을 나타내는 순도 정보 및 압력 정보를 수신하여, 상기 순도 정보 및 압력 정보를 표시하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링 레이저 자이로스코프.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 초기 스펙트럼은, 상기 링 레이저의 동작 초기에 상기 분광부에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 링 레이저 자이로스코프.
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