NL8400291A - Laser gyro met trillende spiegels en stroomtrilling. - Google Patents

Description

P & C «

* LN 6132-1 Ned.M/LdB

Korte aanduiding: Laser gyro met trillende spiegels en stroomtrilling.

Deze aanvrage bevat de materie, die afgesplitst is van de Amerikaanse octrooiaanvrage nummer 346.750, ingediend op 8 februari 5 1982.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op laser gyroscopen en meer in het bijzonder op middelen voor elimineren van fouten in de gyro-uitvoer als gevolg van "afsluiting" van de bundels.

In een laser hoeksnelheid gyro, laat men twee monochromatische 10 lichtbundels in tegengestelde richtingen lopen over een lusvormige baan, welke zich uitstrekt om de rotatieas van de gyro. De baan wordt gevormd door een holte, die in een typerend geval veelhoekig is van vorm, waarbij spiegels opgesteld staan in de hoeken ervan, teneinde de bundels langs de baan te reflecteren. Wanneer de gyro wordt geroteerd wordt de effec-15 tieve baanlengte voor een bundel vergroot en de effectieve baanlengte voor de andere bundel verkleind, als gevolg van Doppler verschuiving.

Een zwevingsfrequentie wordt geproduceerd als reactie op het mengen (heterodyne) van de beide bundels, zoals bij een combinerend prisma, waarbij het zwevingsfrequentiesignaal op zijn beurt een randpatroon 20 produceert, dat in een typerend geval gedetecteerd wordt door een fotodiode. Deze laatste produceert een sinusgolfuitvoer, waarvan de frequentie lineair evenredig is met de rotatiesnelheid. De zwevensfre-quentie wordt gegeven door de uitdrukking:

Af = 4A

„ λρ 25 waarin: SI = rotatiesnelheid A = de geometrische zone van de laser gyro λ = golflengte van de laser; en (2 = perimeter van de geometrische figuur, beschreven door de 30 door de laserstraal beschreven baan.

Dienovereenkomstig zijn de magnitude en het teken van het frequentieverschil, Af, een maatstaf voor de snelheid en richting van de rotatie van de gyro.

Bij zeer lage rotatiesnelheden ontstaan fouten als gevolg van 35 "afsluiting"("Iock-in")-effecten, waardoor geen frequentieverschil wordt waargenomen, "lock-ln" ontstaat wegens onvolkomenheden in de door de laserstraal doorlopen holte, voornamelijk in de spiegels, die terug-verötrooiing ("backscatter11) produceren van de ene laserbundel in de andere laserbundel. Bij lage rotatiesnelheden, waar de frequentiesplit-40 sing tussen de beide bundels klein is, maakt de koppeling van de terug- S 4 0 0 2 9 1 ï \ l • - 2 - verstrooiing van de ene bundel in de andere bundel, dat de twee bundels oscilleren bij. de zelfde frequentie. Dit resulteert in een doof gebied, of afgesloten gebied, waarbij de drempelsnelheid van de "afsluiting" * wordt bepaald door de hoeveelheid terugverstrooiing. Dit dove gebied 5 resulteert in de gyrouitvoer, die niet spoort met de invoer. Wanneer de rotatiesnelheid van de gyro-invoer de drempelwaarde van de afsluitings-snelheid ("lock-in rate") overschrijdt, verschillen de bundels in frequentie en beginnen uitvoerpulsen te produceren.

Diverse trillingstechnieken zijn toegepast om "afsluiting" bij 10 lage rotatiesnelheden te elimineren. Een dergelijke techniek is de spiegels, die geplaatst zijn langs de holtebaan van de gyro in trilling te brengen, zoals weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift 4,281.930 van Hutchings. Hutchings schrijft voor dat alle spiegels in trilling worden gebracht bij de zelfde frequentie maar uit fase over een bedrag 15 gelijk aan 360° gedeeld door het aantal spiegels. Het faseverschil tussen de trilling aangelegd aan elk der spiegels moet nauwkeurig worden gecontroleerd om de baanlengte van de holte constant te houden. Omdat alle gyrospiegels in trilling moeten worden gebracht zoals dit door Hutchings geleerd wordt, zijn er problemen ontstaan bij het con-20 stant houden van de baanlengte van de holte, aangezien hoe groter het aantal spiegels, des te moeilijker het is om een juiste regeling te handhaven van het faseverschil er tussen.

Een andere bekende techniek voor het elimineren van "afsluiting" bij lage rotatiesnelheden is het verschaffen van een stroomtdlling zoals 25 weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift 3,612.690 verleend aan Staats. De stroomtr.illing van Staats omvat een geruisbron, waarvan de uitvoer versterkt en beperkt wordt ter verschaffing van een rechthoekige golf, die op willekeurige wijze variabel is in frequentie en pulsbreedte, maar constant is in amplitude. Deze rechthoekige golf en een in fase 30 verschoven versie ervan worden aangelegd aan een balansversterker, waarvan de uitvoeren verbonden zijn met de anoden van de lasergyro, zodat de stroom uit elke anode frequentie gemoduleerd is. Indien de stroomtrilling van Staats wordt toegepast zodanig dat de ene anode uitgeschakeld wordt terwijl de andere anode in bedrijf is, kunnen problemen ontstaan doordat 35 er niet genoeg versterking is om een laserstraal te produceren. Zelfs indien de beide anodes gelijktijdig in bedrijf zijn is de trilling toegediend aan de stroom, onvoldoende om "afsluiting" bij bepaalde rotatie-" snelheden te elimineren.

Ofschoon diverse triltechnieken, zoals spiegeltrillers of stroom-40 trillers, op zichzelf beschouwd afsluiting bij lage rotatiesnelheden nabij 8400291 ' 4 4 - 3 - O kunnen voorkomen is gebleken, dat niet-lineariteiten optreden in de uitvoer van de lasergyro, wanneer de invoersnelheid een harmonische is van de tri If requentie, waardoor daamee de nauwkeurigheid van de gyro benadeeld wordt.

In overeenstemming met de onderhavige uit-5 vinding zijn de nadelen van vroegere laserhoeksnelheidgyro1s zoals hierboven besproken, overwonnen. De lasergyro volgens de onderhavige uitvinding past een primaire trillingstechniek toe voor het elimineren van de "afsluiting" bij lage rotatiesnelheden en een secundaire trillings-teehniek voor het elimineren van niet-liniariteiten in de gyro-uitvoer, 10 wanneer de invoersnelheid een harmonische is van de primaire trillings-frequentie.

De lasergyro omvat een kwarts lichaam, waarin zich een rechthoekige laserholte bevindt met een spiegel opgesteld in elk van de hoeken ervan, ter vorming van een gesloten busvormige baan voor de twee in te-15 gengestelde richting roterende laserbundels. De primaire trillingstechniek omvat het trillen van twee aangrenzende spiegels, die 180° uit fase zijn, om de baan lengte van de holte constant te houden, waarbij de overige twee spiegels vast zijn.

Deze techniek elimineert het "afsluiten": bij lage rotatiesnel-20 heden door in te werken op de terugverstrooiing, waarbij het resultaat een Dopplerverschuiving in de frequentie van de terugverstrooiingsgolven is, die van de primaire golven weg teruggedreven worden, zodat koppelings-effecten minimaal zijn, en frequentieafsluiting niet optreedt.

De secundaire trillingstechniek omvat een stroomtrilling voor het 25 moduleren van de stroom in elke tak van de gyro op zodanig verschillende wijze, dat niet-lineariteiten in de gyro-uitvoer worden geëlimineerd, wanneer de invoersnelheid een harmonische van de spiegel trillingsfrequentie . is. De stroomtrilling is willekeurig zowel naar frequentie als amplitude om de integratie van de niet-lineariteiten naar 0 te verbeteren.

30 De uitvinding zal hieronder aan de hand van enige in de figuren der bijgaande tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht.

Pig. 1 toont een langsaanzicht in doorsnede, waarbij details worden weergegeven van een lasergyro in overeenstemming met de uitvinding; 35 Pig. 2 geeft een schematische voorstelling van componenten van de gyro van fig. 1;

Pig. 3 stelt een aanzicht voor in perspectief van een piezo-electrisch aangedreven spiegel, met aandrijf- en afneemverbindingen;

Pig. 3A toont een dwarsdoorsnede van de spiegelaandrijving, 40 weergegeven in flg. 3; 3400291 s « - 4 -

Fig. 4 is een grafiek, die het probleem van het "afsluiten" illustreert, alsmede z'n oplossing in overeenstemming met de onderhavige uitvinding;

Fig. 5 is een schakelschema van het stroomtrillingscircuit; 5 Fig. 6 is een schakelschema van de spiegeltrillingsbesturing; en :

Fig. 6A is een schakelschema van de besturing om de laserholte in de "modecenter" te handhaven.

De lasergyro, zoals weergegeven in figuren 1 en 2, omvat een 10 lichaam 10, dat gemaakt kan zijn uit kwarts en vier daarin aangebrachte bundelkanalen 11 - 14 bezat, die een holte vormen.

Ofschoon de holte, zoals weergegeven, rechthoekig is, kan zij ook driehoekig zijn of verschillende andere veelhoekige configuraties hebben, die een ring vormen. De kanalen bevatten een gas of gassen geschikt 15 voor laserbedrijf zoals 90% helium en 10% neon, bij' een druk van 3 torr. Geschikte middelen kunnen aanwezig zijn voor het tot stand brengen van een gasontlading tussen een cathode 15 en anoden 16 en 17, die elk in verbinding staan met de kanalen 11 - 14. De cathode 15 en de anoden 16 en 17 produceren twee in tegengestelde richting roterende laserbundels, 20 die langs de holtebaan lopen, gedefinieerd door takken 11a, 12a,.. 13a en 14a.

Een spiegel 21 - 24 is geplaatst in elk van de vier hoeken van de holte, voor het terugkaatsen van de bundel, de ring rond. De zwevings-frequentie uitvoer van de gyro wordt afgetast door een detector 25 samen-25 werkend met een der spiegels 21 zoals algemeen bekend is in de technxek. Twee aangrenzende spiegels, zoals 23 en 24 worden-’.periodiek gevibreerd, in richtingen zoals aangegeven door de pijl 28, loodrecht op hun vlakken ter verschaffing van èen primaire trilling. Elk der spiegels 23 en 24 wordt gevibreerd door een respectieve daaraan bevestigde aandrijver 26 30 en 27, waarbij spiegels 21 en 22 star gemonteerd zijn aan Ijet gyrolichaam 10. De aan de spiegel 24 aangelegde aandrijving is 180° uit fase ten opzichte van de aan de spiegel 23 aangelegde aandrijving. Aldus kan de verplaatsing van de spiegel 23 worden voorgesteld door de uitdrukking A sin (idt), en de verplaatsing van de spiegel 24 door de uitdrukking 35 A sin ( Ut + “ff ).

Elk van de aandrijvers 26 en 27 voor de spiegels 23 en 24 is een gemodificeerde bimorph. Figuren 3 en 3a tonen het fundamentele twee plaatjes ("Wafer")ontwerp voor de aandrijver 26. Twee piezo-electri-sche schijven 30 en 32 worden gedragen door poten 34 van een frame 36, 40 dat eveneens de spiegel 23 draagt. De twee schijven hebben ruggelings 9400291 « i - 5 - naar elkaar gekeerde, geaarde electroden 39 en 40, die electrisch verbonden zijn met geaarde poten 34. Een electrode 42 op de schijf 30 en een buitenste ringvormige electrode 43 op de schijf 32 zijn electrisch onderling verbonden bij 44 en aangedreven door een aandnjfverversterker 5 46 via leiding 48. De spiegel 23 is gekoppeld bij 49 met de schijf 30 om daardoor te worden geoscilleerd. Een centrale electrode 50 aan de schijf 32 wordt gebruikt om de spanning te detecteren, die ontwikkeld wordt als de schijf 32 oscilleert, waarbij de spanning wordt "afgenomen" bij 52 en 54 voor gebruik, zoals zal blijken. Het ontwerp elimineert de thermi-10 sche expansie instabiliteiten, die men vindt bij een conventionele bimorph met een aangehechte "afname".

De spiegels 23 en 24 worden getrild, 180° uit fase ten opzichte van elkaar, zodanig dat de totale holte baanlengte niet verandert. De ringlaser wordt daardoor gehandhaafd op "modecenter" (d.w.z. bij een 15 frequentiepositie in het midden van de versterkingskromme) waarbij de spiegeltrilling slechts resulteert in een minimale baanlengteverstoring.

Omdat slechts twee van de spiegels worden getrild, zoals in tegenstelling tot alle spiegels^worden de fasebetrekking tussen de beide trillende spiegels en dus de holte baanlengte gemakkelijker geregeld.

20 Elke spiegel verplaatst bij benadering 1½ golflengte om "afsluiting" bij lage rotatiesnelheden te elimineren. Naarmate de spiegel in en uit translateert, verplaatst de laserbundel zich naar achteren en naar voren over de spiegelvlakken. Dit resulteert in verplaatsing van het strooiingscentrum ten opzichte van de getranslateerde staande golfveldmodes 25 waarbij aldus de faseverschuivingvereisten van fasemodulatie bevredigd worden. Daarnaast verandert de verplaatsing tussen de verstrooiings-groepen van de spiegels met de tijd. Het is de vectorsommatie van deze verstrooiingsgroepen, die aanleiding geeft tot een magnitude van "afsluiting". De oscillatie van de spiegels maakt dat de netto verstrooi-30 ingsvector in tijd gemoduleerd wordt teneinde verder de "afsluiting" te reduceren.

De spiegel trillingstechniek bezit verscheidene voordelen ten opzichte van andere hedentendage gebruike terugQrijftechnieken, zoals het trillen van het gehele lichaam van de gyro. Ofschoon de spiegel-35 triltechniek niet zuiver optisch is, aangezien de spiegels worden aangedreven door piezo-electrische omzetterelementen, is de verplaatsing van de spiegels uiterst klein vergeleken met de verplaatsing die meedegedeeld wordt aan een lasergyro met getrild lichaam, waarbij de spiegelverplaat-sing in een typerend geval in de orde is van 20 inches van piek tot piek.

40 Voorts wegens de hoge trillingsfrequentie van de spiegels die kan zijn in 84 0 0 2 9 1 - 6 - de orde· van 9 kHz, wordt de koppeling van de spiegelbeweging aan de bewegingen veroorzaakt door de omgeving, zoals schokken en trillingen, tot een minimum teruggebracht.

Spiegel trilling wordt bewerkstelligd zonder de toevoeging van 5 elementen aan de fundamentele optische holte, zoals om ongevoelig te zijn voor thermische en magnetische effecten, welke Faraday, magnetische spiegels en (in zekere mate) multi-oscillator terugdrijf benaderingen verpesten. Omdat er geen aanvullende verlieselementen in de holten zijn kan een gyro, die trillende spiegels bezit, worden gereduceerd tot een 10 uitzonderlijke kléine afmeting zonder een substantieel verlies in gedrag. Ook, aangezien de spiegelaandrijvers uitwendig zijn van de afgedichte laserholte, accomodeert de benadering gemakkelijk het variëren van de gyro-frame ontwerpen voor gespecialiseerde verpakking, milieu, of levensduurvereisten. De eenvoudige aard van het fundamenteel ontwerp 15 verschaft een goedkoop instrument met hoge betrouwbaarheid.

Ofschoon de beide trillende spiegels het "afsluiten" bij lage rotatiesnelheden elimineren, is gebleken dat niet-lineariteiten plaatsvinden in de gyro-uitvoer, wanneer de invoersnelheid een harmonische is van de trillingsfrequentie zoals hieronder besproken.

20 Bij de aanwezigheid van terugverstrooiing in een lasergyroholte, heeft de vergelijking voor de zwevingsfrequentie ^ , de volgende gedaante; Ψ/2ΐϊ=Β + B_sin (ψ+Ε) (1) o Ju 25 waarin Bq evenredig is met de invoer rotatiesnelheid;

B is "afsluit"frequentie en L

E is de fase van de resulterende vergrendelde staande golf.

Spiegel trillingstheorie modificeert vergelijking (1) door van E een tijd afhankelijke variabele te maken, nl. E (t).

30 Naarmate-- de spiegel longitudinaal geoscilleerd wordt in de holte, bewegen de individuele puntverstrooiers op de spiegel zich dwars door de bundel. Omdat de aangelegde spiegeltrillingsoscillatie sinusoidaal is, wordt de fasebijdrage van elke spiegel E^ , als volgt: 35 E = B sin (0) t) m m o waarin (λ) = 2 it f en

o D

= de trillingsfrequentie, waarbij Bm de spiegeltrillingsamplitude voorstelt.

40 ' 84 0 0 2 9 1 - 7 -

In vergelijking (2) wordt verondersteld dat de bijdrage van de terugverstrooiing uit elke spiegel de som is van een groot aantal verstrooiers, waarvan het effect statistisch gemiddeld kan worden. Wanneer slechts twee van de spiegels 23 en 24 180° uit fase getrild worden, 5 is de totale terugverstrooiing gelijk aan de som van de terugverstrooiing-bijdrage uit elk van de trillende spiegels zodat vergelijking (1) geschreven kan worden als: ψ/2ΐί=Β +BTlsin(^+B .sin(Cd t)+B_„sin(f +B sin((A t+t ) ) (3) o Li · ml o L2 m2 o 10 waarin B^ = de trillingsamplitude van de i-de spiegel en = de "afsluitings"snelheidsbijdrage uit de terugverstrooiing van de i-de spiegel. ·

De oplossing van vergelijking (3) wordt gegeven door: 15 f = 2 if B t+Msin (2 Ti f t) + (4)

o D

( cos(2HB t) cos2lf (B +f ) t _ cos2lf (B - f t 2ί BL(Jc(M) 2lf B t + J1(M) 2t (B +f 2T (B -f " ( o o D) o D) 20 waarin M = de modulatie index J = een Bessel functie van de n-de orde. n

Uit vergelijking (4) ziet men, dat de bijdragen aan de koppeling-of afsluitingstermen zeer groot worden, wanneer de invoersnelheid een 25 harmonische is van de spiegeltrillingsfrequentie, d.w.z., wanneer

Bo - * *D * 2fD..... (5)

Zoals men ziet uit figuur 4 liggen niet-lineariteiten, aangegeven 30 met 60, in de gyrouitvoer gecentreerd rondom de harmonischen van de tril-lingsfrequentie.

De koppelingsterm Bq, indien gelijk aan 0, geeft aanleiding tot het dove gebied of "afsluitings" gebied bij lage rotatiesnelheid.

Aldus, indien M zodanig geselecteerd is, dat de Besselfunctie Jq van de 35 o-de orde gelijk is aan nul, is er geen "afsluiting" bij rotatiesnel-heden nabij 0. De waarden van M, die resulteren in een JQ die gelijk is aan o, d.w.z. de wortels van de Besselfunctie zijn als volgt: M = 2.405, 5.52, 8.654 (6) 40 84 0 0 2 9 1 4 c - 8 -

De waarde, M = 2.405, verschaft de optimale waarde van de spiegel trillingsamplitude voor Jq = o. Dus om de spiegel trilling optimaal te maken, is het van belang om een nauwkeurige regeling van de spiegel trillingsamplitude en frequentie te handhaven, waarbij de spiegel 5 trillingsamplitude, B^, gegeven wordt door; B — -rir sin φ (7) m 41 waarin φ: = de invalshoek tussen de bundel en de spiegel, ΙΟ M = de modulatie-index en λ = de golflengte van de laser. '

Wanneer de modulatie-index M een wortel is van de Bessel functie, wordt de niet-lineariteit of "afsluiting" bij rotatiesnelheden nabij o geëlimineerd. Echter de niet-lineariteiten of vergrendelingsbanden bij 15 hogere harmonische van de trillingsfrequentie blijven nog altijd bestaan.

De breedte van deze vergrendelingsbanden wordt gegeven door 2 B_J (M) (8) L n 20 De laser gyro maakt gebruik van een plasma stroomtrilling als secundaire trillingstechniek, die de gyro moduleert door de vergrendelings bandge-bieden, die optreden wanneer de invoer een harmonische is van de trillingsfrequentie ter verschaffing van een continue uitvoer.

In een helium-neon ontladingsplasma, is er een netto gasbe-25 weging veroorzaakt door het Langmuir-stroomeffect. In een laag met een dikte van ongeveer l ion gemiddelde vrije weglengte nabij de wand van de boring, is er een netto gasstroming van de cathode naar de anode. Deze stroom is het gevolg van een verschil in impulsoverdracht naar de wanden van de boring of holte door de electronen en ionen. De stromingssnelheid 30 is evenredig met de ontladingsstroom. De resulterende opbouw van tegendruk aan de anode induceert een Póiseuille terugstroom van gas uit de anode naar de cathode langs het boringscentrum. Deze netto bulkgasbe-weging langs het boringscentrum geeft een Doppler verschuiving aan elke versterkingskromme van de contra-roterende bundel op verschillende 35 wijze in het referentieframe van de gasmoleculen. Dit resulteert in verschillende mode balanseffekten op elke bundel. In een gyro met een tweeledige takontlading, wanneer er een gelijke plasmastroom in elke tak is, vallen deze effecten tegen elkaar weg. Wanneer een sinosoïdale of bij voorkeur een willekeurig variërende plasmastroom wordt aangelegd, .40 180° uit fase, in elke tak, wordt de resulterende frequentiesplitsing 8' h * o 9 0 1

V ' *r V «w *y I

"& -V

- 9 - van de bundels of 2wevingsfrequentie, ψ t bijdrage uit de stroom-

1 CU

trilling gegeven door: ¥ = P Γα - Ib] 2i sin(ü.t); (9) cd *· <* o x 5 waarin P wordt bepaald door diverse fysische parameters van de gyro (bijvoorbeeld boringsdiameter, gasdruk en samenstelling, plasma spannings-gradient); A en B zijn de mode balans coëfficiënten; 10 I = de laserintensiteit = 2 *iff^, waarbij f^ - de stroomtrillingsfrequentie en i = de amplitude van de stroomtrilling.

ψ telt zich op bij de zwevingsfrequentie bijdrage als gevolg van 15 de trillende spiegels in vergelijking (3) als volgt: « ψ/2*ΐί=Β + B_. sin(ψ +B .sin(Ü t) ) + o jjjL mi o

Bt2sin(f +Bm2sin(<i}ot+1f ) +Ψ ^/2* (10) 20

Het is deze frequentiesplitsing van de bundels veroorzaakt door de stroomtrilling, die op willekeurige wijze de vergrendelingsbanden tot 0 brengt, die optreden wanneer de invoersnelheid een harmonische is van de spiegel trillingsfrequentie. Voorts, omdat de plasmastroom, toegepast 25 in elke tak van de gyro, 180° fase verschoven is, worden maximale voor-spannings("bias") effecten verkregen als gevolg van de Langmuir stroom, die de resterende vergrendelingsbanden of niet-lineariteiten er uit middelt.

Het circuit, dat de stroomtrilling verschaft, zoals weergegeven 30 in fig. 5, omvat een stroomregulateur 62, waarvan de constante stroomuitvoeren verbonden zijn met optel knooppunten 64 en 66 via respectieve precisieweerstanden 68 en 70, waarbij de optelknooppunten 64 en 66 verbonden zijn met de anoden 16 resp. 17. De uitvoer van een willekeurige ruisgenerator 72 wordt versterkt door een niet-inversterende 35 versterker 74, verbonden via een weerstand 76 met het optellende knooppunt 64 samenwerkend met de anode 16. De uitvoer van de willekeurige ruis-generator 72 wordt eveneens aangelegd aan een inverterende versterker 78, verbonden via een weerstand 80 met het optellende knooppunt 66 samenwerkend met de anode 17, zodat de willekeurige stroom aangelegd aan het optellen-40 de knooppunt 66 en anode 17 180° uit fase is ten opzichte van de 8400291 « - 10 - willekeurige stroom aangelegd aan het. optellende knooppunt 64 en anode 16.

Het willekeurige ruissignaal toegevoerd aan de anode 16 en het o . .

180 .in. fase verschoven ruissignaal aangelegd aan de anode 17 intro-5 duceren een Langmuir stroomeffect, dat de resterende vergrendelingsband tot 0 brengt, die plaatsvindt wanneer de invoersnelheid een harmonische is van de spiegeltrilling("dither")frequentie. Omdat de stroomtrilling ("dither") aangelegd aan de gyro, zowel willekeurig in amplitude als in frequentie is, wordt de integratie van de niet-lineari-10 teiten naar 0 verbeterd.’

Een nauwkeurige regeling van de trillende spiegels 23 en 24 wordt verkregen met een terugkoppelcircuit met gesloten lus, zoals weergegeven in fig. 6 om de fasebetrekking tussen de spiegels te handhaven en de trillings ("dither") amplitude en het besturingscircuit van 15 fig. 6A te besturen, teneinde de lasergyro in "modecenter" te handhaven. Omdat de effectiviteit van de spiegel trillings"b±asing"techniek afhankelijk is van de modulatie index, M, wordt besturing van de trillings-amplitude belangrijk. Zelfs ofschoon de nauwkeurige regeling van de spiegels wordt verondersteld, kunnen aanzienlijke variaties in de 20 trillingsamplitude ontstaan-.uit: 1) veranderingen in de piezo-electrische materiaaleigenschappen uit temperatuurvariatie.

2) hysterese en pntpolende effecten in het piezo-electrische materiaal.

25 3) mechanische compliance- veranderingen in het omzetter spiegel- samenstel.

Het circuit van fig. 6 bestuurt de spanning die wordt aangelegd aan de piezo-electrische omzetter aandrijvers 26 en 27 voor de spiegels 23 en 24 teneinde de spiegels precies 180° uit fase in trilling te 30 brengen. Een sinus golfgenerator 82 drijft de piezo-electrische omzetteraandrijver 26 aan via een automatische versterkingsregeling 84 en een daarmede in serie geschakelde "hulp" versterker 86. De sinus golfgenerator 82 is eveneens verbonden met de piezo-electrische omzetteraandrijver 27 via een automatische versterkingsregelaar 88, die 35 in serie geschakeld is met een "booster"versterker 89, waarbij de sinus golfgenerator verbonden is met de versterkingsregelaar 88 via een inverter rende versterker 90, zodat de piezo-electrische omzetter aandrijver 27 180° uit fase wordt aangedreven met de piezo-electrische omzetteraandrijver* 26. De automatische versterkingsregelaars 84 en 88 en "booster"versterkers 40 86 en 89 besturen de amplitude van de spanning, aangelegd aan de piezo- 8400291 - 11 - electrische omzetteraandrijvers 25 en 27 ter verschaffing van de gewenste amplitude van de spiegeltrilling, B^.

De uitvoer van de piezo-electrische omzetter aandrijver 26 wordt teruggekoppeld naar een niet-inverterende invoer van een 5 optelknooppunt 92, terwijl de uitvoer van de piezo-electrische omzetter aandrijver 27 wordt teruggekoppeld naar een inverterende invoer van het optelknooppunt 92. De respectieve terugkoppelbanen naar het optelknooppunt 92 bieden compensatie voor veranderingen in het faseverschil tussen, de piezo-electrische omzetteraandrijvers 26 en 27, teneinde de 180° fase-10 verschuiving te handhaven, waarbij de veranderingen in fase worden veroorzaakt door eigenschappen de: piezo-electrische csmzetters; bijvoorbeeld temperatuurvariaties. De uitvoer van de piezo-electrische omzetter aandrijving 26 wordt eveneens toegevoerd aan een inverterende invoer van een optelknooppunt 94, waarbij de uitvoer van de piezo-electrische 15 omzetter aandrijving 27 toegevoerd wordt aan een inverterende invoer van een optelknooppunt 96. Elk van de optelknooppunten 94 en 96 regelen de amplitude van. het aandrijfsignaal naar de piezo-electrische omzetters 26,27 om deze constant te houden.

Een stuurcircuit, dat de laser gyrowerking bij "modecenter” 20 handhaaft, wordt weergegeven in fig. 6A, die een uitvoer bezit op leiding 99 verbonden met een tweede invoer van de "hulp”, versterker 89.

Het baanlengte stuurcircuit reageert op de uitvoer van de fotodiode detector 25, die de intensiteit van de lasergyrouitvoer detecteert. De uitvoer van de fotodiode wordt aangelegd aan een demodulator 100 waaraan een 25 5 Khz referentie uit een generator 101 eveneens wordt aangelegd om te be palen of er een faseverschuiving uit"modecenter" geweest is. Indien geen faseverschuiving wordt gedetecteerd, is de lasergyro werkzaam bij piekversterking, d.w.z. "modecenter". Indien echter een faseverschuiving wordt bespeurd door de demodulator 100, wordt de uitvoer van het fout-30 signaal vanuit de demodulator geïntegreerd door een integrator 102. De uitvoer van de integrator 102 wordt toegevoerd aan een optelknooppunt 104, waarvan de andere invoer het 5 kHz referentiesignaal is. De uitvoer van het optelknooppunt 104 wordt aangelegd aan één der piezo-electrische omzetter aandrijvers zoals 27 via de "hulp" versterker 89 teneinde de 35 faseverschuiving tot 0 te brengen en de lasergyro bij "modecenter" te handhaven. Opgemerkt wordt dat de frequentie van het referentiesignaal uit de generator 101 niet een subharmonische van de spiegeltrillingsfre-quantie dient te zijn.

40 - ^ Ö 2 9 |

Claims (7)

1. Lasergyro voor het detecteren van een invoerrotatiesnelheid waarbij de gyro twee tegengesteld gerichte roterende bundels bezit, waarbij middelen aanwezig zijn ter eliminatie van fouten in de uitvoer van de gyro veroorzaakt door "afsluiting"("lock-in") van de bundels, bevattende 5. een primair trillings ("dither"Jörgaan ter verwijdering van "afsluiting" bij lage rotatiesnelheden, welk primair orgaan een vaste frequentie bezit; en - een secundair trilorgaan ter verwijdering van niet-lineariteiten.in de uitvoer van de gyro, wanneer de invoersnelheid een harmonische 10 is van de primaire trilfrequentie.

2. Lasergyro volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het secundaire trillingsorgaan middelen omvat om op willekeurige wijze de niet-lineariteiten in de gyrouitvoer tot 0 te brengen.

3. Lasergyro volgens conclusie 1, voorzien van een lichaam met 15. een veelhoekig gevormde holte daarin, die een gesloten lus vormt, waar doorheen elk der contra-roterende bundels lopen en een spiegel geplaatst in elk van de hoeken van de holte voor het reflecteren wan-'de bundels, waarbij het primaire trilorgaan middelen omvat voor’ het vibreren van tenminste twee der spiegels, waarbij elk der gevibreerde spiegels gevibreerd wordt 20 met een faseverschil ten opzichte van de andere van de gevibreerde spiegels o gelijk aan 360 gedeeld door het aantal spiegels dat gevibreerd wordt.

4. Lasergyro volgens conclusie 1, voorzien van een lichaam met een holte daarin, die een gesloten lus vormt, waardoor elk van de contra-roterende bundels lopen, waarbij de holte voorzien is van een eerste en 25 een tweede tak, waar doorheen stroom vloeit, die contraroterende bundels produceert, terwijl het secundaire trillingsorgaan middelen omvat om op verschillende wijzen de stroom willekeurig te moduleren in: elk van de takken, teneinde de niet-lineariteiten tot 0 te brengen.

5. Lasergyro voor het detecteren van rotatipsnelheden, waarbij 30 de gyro een holte daarin bezit, die een gesloten lus vormt, waar doorheen twee contra-roterende bundels lopen, waarbij de holte een eerste en tweede tak bezitten, waar doorheen stroom vloeit, die de contra-roterende bundels produceert, terwijl middelen aanwezig zijn voor het elimineren . van niet-lineariteiten in de uitvoer van de gyro veroorzaakt door "afslui-35 ting" van de bundels, bevattende - middelen voor het op verschillende wijzen moduleren van de stroom in elke tak, waarbij de stroom op willekeurige wijze varieert in 84 0 0 2 9 J ' - * * - 13 - frequentie en amplitude teneinde de niet-lineariteiten tot 0 te brengen.

6. Lasergyro volgens conclusie 5, waarbij stroom vloeit in de eerste tak vanuit een eerste anode naar een cathode, en in de tweede tak vanaf een tweede anode naar de cathode, welke modulatie middelen 5 omvatten: - middelen voor het opwekken van een constante stroomuitvoer; - middelen voor het opwekken van een willekeurig ruissignaal; eerste middelen voor het sommeren van het willekeurig ruissignaal en de constante stroomuitvoer, waarbij de uitvoer van'.'het eerste orgaan 10 gekoppeld wordt met de eerste anode voor het willekeurig variëren van de amplitude en frequentie van de stroom in de eerste tak? - middelen voor het inverteren van het willekeurig ruissignaal; - een secundair orgaan voor het optellen van het geïnverteerde willekeurig ruissignaal en de constante stroomuitvoer, waarbij de uitvoer 15 van het secundaire orgaan gekoppeld is met de secundaire anode voor het willekeurig variëren van de amplitude en frequentie van de stroom o in de tweede tak, die 180 uit fase is met de stroom in de eerste tak.

7. Lasergyro voor het detecteren van rotatiesnelMeden, waarbij de gyro een lichaam bezit met een veelhoekig gevormde holte daarin die een 20 gesloten lus vormt, waar doorheen twee contra roterende bundels lopen, en een spiegel bezit, die opgesteld is in elk der hoeken van de holte voor het reflecteren van de bundels om de baan, welke holte een eerste en een tweede tak bezit, waar doorheen stroom vloeit, die de contra-roterende bundels produceert, voorts middelen voor het elimineren van fouten in de 25 uitvoer van de gyro veroorzaakt door "afsluiting" van de bundels, bevattende: - een primair trillings("Dither")orgaan voor het vibreren van tenminste twee, maar niet alle spiegels met de zelfde frequentie en in een richting loodrecht op het oppervlak van de spiegel, waarbij elk der 30 gevibreerde spiegels gevibreerd wordt mer een faseverschil ten opzichte van de andere van de gevibreerde spiegels gelijk aan 360 gedeeld door het aantal gevibreerd wordende spiegels teneinde "afsluiting" bij lage rotatiesnelheden te elimineren; en - een secundair trillings'{"dither") orgaan voor het willekeurig ver- 35 schillend moduleren van de stroom, die vloeit in elk der takken, teneinde de niet-lineariteiten tot 0 te brengen. 40