NO149749B - Ringlaser-gyroskop - Google Patents
Ringlaser-gyroskop Download PDFInfo
- Publication number
- NO149749B NO149749B NO782989A NO782989A NO149749B NO 149749 B NO149749 B NO 149749B NO 782989 A NO782989 A NO 782989A NO 782989 A NO782989 A NO 782989A NO 149749 B NO149749 B NO 149749B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- gyroscope
- block
- retroreflector
- wedge
- prism
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 29
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 12
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 3
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 239000006095 Cer-Vit Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006094 Zerodur Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000006112 glass ceramic composition Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/66—Ring laser gyrometers
- G01C19/68—Lock-in prevention
- G01C19/70—Lock-in prevention by mechanical means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/083—Ring lasers
- H01S3/0835—Gas ring lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
Den foreliggende oppfinnelse angår et ringlasergyroskop omfattende en symmetrisk blokk med et ringlaserresonanshulrom,
hvori der fremskaffes to laserstråler, reflektorganer innbe-
fattende et utspeil som er montert på blokken og tjener til å forplante de to laserstråler i en lukket sløyfe i retning med respektive mot urviseren om en innakse for gyroskopet, et bære-
organ for blokken anordnet på blokkens symmetrilinje med en akse som strekker seg langs gyroskopets innakse, ettergivende organer som' sammenkobler blokken mekanisk til bæreorganet for å tillate vinkelbevegelse av blokken om innaksen, og en fotodetektor.
Vanlige, kjente vinkelhastighetsfølere innbefatter en ro-terende masse som skaffer en referanseretning. Imidlertid er slike følere beheftet med iboende problemer som innbefatter høye drifthastig-heter forårsaket ved friksjon og uønskede dreiemomenter. Ringlasergyroskopet eliminerer i utstrakt grad de iboende problemer hos kjente f ølere. Virkemåten for rLnglasergyroskopet bygger helt og holdent på opp-tiske og elektroniske prinsipper, og ringlasergyroskopets vinkelforskyvning måles ved masseløs lysbølge-sirkulasjon i en lukket bane.
Ringlasergyroskop er anskueliggjort og beskrevet i US-PS 3,373.650 og 3,467,472. De ringlasergyroskop som er vist og beskrevet
i disse patentskrifter innbefatter en trekantet blokk som danner et trekantformet ringlaserhulrom dannet av tre hjørnespeil. Der fore-trekkes en trekantformet blokk fordi denne krever et minimalt antall speil. Hulrommet er fylt av en gasslaser som f.eks. omfatter helium og neongass og vanligvis opererer ved en av to bølgelengder, mer spesielt enten ved 1,15 mikrometer i det innfrarøde spektralbånd eller ved 0,6 3 mikrometer i det synbare bølgeområde.
Ved riktig valg av forholdet mellom de to neon- isotoper Ne20 og Ne 2 2 i gassblandingen skaffes der to monokromatiske laserstråler. De to laserstråler vandrer hver for seg i retning med og mot urviseren rundt det trekantformede hulrom i den samme lukkede optiske bane.
Uten vinkelbevegelse om ringlasergyroskopets innakse, er lengdene av de to laserstråler like og de to optiske frekvenser de samme. Vinkelbevegelse i forbindelse med det tidligere kjente ringlasergyroskop i hvilken som helst retning om gyroskopets innakse,be-virke r en tilsynelatende økning av den hulromslengde som strålen skulle vandre i retning av en slik vinkelbevegelse, og en tilsvarende reduksjon for den stråle som vandrer i motsatt retning. Fordi den luk-^ kede optiske bane er et resonans-"hulrom som fremskaffer vedvarende os-cillasjoner, må bølgelengden for hver stråle også øke eller avta tilsvarende. Vinkelbevegelse av ringlasergyroskopet i en av retningene om innaksen bevirker derfor at der opptrer en frekvensforskjell mel-lem de to strålefrekvenser,idet forskjellen er proporsjonal med vinkelhastigheten .
I henhold til vanlig praksis blir de to stråler ført ut fra laseren ved dennes utspeil, og de blir overlagret i en stråleblander for å skaffe et interferensmønster. Interferensmønsteret detekteres ved hjelp av en fotodetektor som avføler støtfrekvensen hos de over-lagrede optiske frekvenser av de to stråler, og denne støtfrekvens er et mål for vinkelhastigheten.
I forbindelse med ringlasergyroskop oppstår der en vanskelig-het ved lave vinkelhastigheter, fordi frekvensforskjellen mellom de to stråler er liten ved lave hastigheter, og strålene har en tendens til å svinge med hverandre eller "låse seg" slik at de to stråler oscil-lerer bare ved én frekvens. Det er derfor vanskelig og avlese lave vinkelhastigheter, fordi frekvensforskjellen som er proporsjonal med vinkelhastigheten,ikke forekommer. I US-PS 3,373,650 og 3,467,472 er der beskrevet en teknikk til å unngå slik "låsing" ved lave vinkelhastigheter. Denne teknikk qår ut på å utsette avfølingsapparatet for en mekanisk vibrasjonseffekt, slik at strålene synes å sirkulere med en høyere hastighet enn "låse" -hastigheten.
Ringlasergyroskop er følsomme overfor temperaturgradienter langs symmetrilinjen, fordi slike gradienter påvirker langmuirstrøm-ningen. Langmuirstrømningen bevirkes av kataforetisk pumping mellom laserens anode og katode, og strømmen er vanligvis godt avbalansert ved omhyggelig bearbeiding av kapillarboringene som inneholder gløde-utladningen, og ved bruken av to symmetrisk anordnede glødeutladninger. I forbindelse med tidligere kjente gyroskop, blir langmuirstrømningen også- vanligvis holdt i balanse ved at der bibeholdes en konstant ut-ladningsstrøm i de to glødeutladninger ved hjelp av to aktive regula-torer.
Tidligere kjente ringlasergyroskop av den art som er beskrevet ovenfor, er meget følsomme overfor endringer i omgivelses- og opp-varmings temperaturen . Slike temperaturendringer skaffer temperaturgradienter langs symmetriplanet hos tidligere kjente gyroskoper, i-det dette skyldes mangel på symmetri av den trekantede blokk. Disse gradienter resulterer i opptreden av uønskede utpulser i fravær av eventuelle vinkelbevegelser av instrumentet om sin innakse. Blokken hos tidligere kjente ringlasergyroskop er med hensikt gjort usymetrisk, slik at forhidringen av låsing ved hjelp av den mekaniske vibrasjon, som beskrevet ovenfor, kan gjøres lettere. Som forklart ovenfor er der en tendens til at låsing opptrer ved lave innvinkelhastigheter, når vinkel-innsignalet synker under en viss kritisk eller terskelverdi,
og i et område hvor der ikke er linearitet mellom inn- og utsignalet hos gyroskopet. Over låseområdet eksisterer der en markert linearitet mellom inn- og utsignalet hos gyroskopet.
Kjente lasergyroskoper vibreres mekanisk ved en forholdsvis høy frekvens f.eks. i området 100-200 Hz. Gjenværende låsevirkninger er innlysende i forbindelse med slike kjente gyroskoper, hvilket bevirker diskrete ikkeiineariteter mellom gyroskopenes innganger og utganger. I forbindelse med kjent teknikk er det vanlig praksis å bruke en kvasitilfeldig rystebevegelse som et forsøk på å redusere slike ikkeiineariteter.
Til grunn for den foreliggende oppfinnelse ligger den oppgave å gi anvisning på et ringlasergyroskop av den innlednings-vis angitte art, som ikke er bekreftet med de ulemper som er om-
talt ovenfor. Med andre ord tas der ifølge oppfinnelsen sikte på å skaffe et ringlasergyroskop hvor forhindringen av låsing ved mekanisk vibrasjon kan gjøres lettere, samtidig som gyro-
skopet gjøres mindre følsomt overfor temperaturgradienter langs symmetrilinjen.
Oppgaven løses ifølge oppfinnelsen ved at gyroskopet ytterligere omfatter kompenserende interferometerorganer som bevirker at utsignalene fra gyroskopet skal være fri for påvirkninger av mekaniske vibrasjoner som innføres i blokken om innaksen over en betydelig vinkelforskyvning av blokken, og omfatter en stasjonær retroreflektor , en optisk kile festet til utspeilets ytterflate, og et prisme festet til kilens ytterflate for dirigering av en av laserstrålene til retroreflektoren og for dirigering av den annen iaserstråle og en reflektert stråle fra retroreflektoren til fotodetektoren, idet den laserstråle som dirigeres til retroreflektoren, og den reflekterte laserstråle fra retroreflektoren vandrer langs to parallelle baner anordnet på avstand fra hverandre.
Det riktige valg av kilevinkelen bevirker at følsomheten
hos det resulterende interferometer er lik, og motsatt den for ringlaseren, når laseren vibreres mekanisk om sitt sentrale symmetripunkt, slik at den ønskede kompensasjonen kan oppnås.
Den retroreflekterte stråle samvirker med den annen
utstråle fra ringlasergyroskopet over en utvidet mekanisk vibrasjonsvinkel, hvilket tillater bruken av mekaniske lavfrekvens-vidvinkel-vibrasjoner. Derved muliggjøres bruken av mekaniske lavfrekvensvibrasjoner for å forhindre låsing, og man unngår restlåsevirkninger forårsaket ved mekaniske høyfrekvensvibra-
sjoner, slik dette var nødvendig ved tidligere kjente anordninger.
Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 er ét skjematisk riss delvis i snitt av et tidligere kjent ringlasergyroskop som er følsomt overfor temperaturgradienter langs symmetriplanet. Fig. 2 er et skjematisk riss delvis i snitt av det forbed-rede ringlasergyroskop ifølge den foreliggende oppfinnelse, og viser en festet kile og prisme som sammen med en hjørneterning- retrore-f lektor danner et interf erometer. Fig. 3 er i større målestokk et skjematisk riss av instrumentet på fig. 2 med noen deler fjærnet, og er spesielt nyttig i forbindelse med beskivelsen av det foreliggende ringlasergyroskops vir-kemåte .
Fig. 1 viser et tidligere kjent ringlasergyroskop av den
art som er omtalt ovenfor. Gyroskopet på fig. 1 omfatter en trekantet blokk 10. Denne kan f.eks. være tildannet av f.eks. en heliumdif-fusjonsbestandig glasskeramikk med lav termisk ekspansjonskoffisient f.eks. "Cervit 101" for tiden markedsført av Owens-Illinois Glass Company, eller "Zerodur" som markedsføres av Schott Glass Company. I blokken 10 er der dannet et hulrom som utgjøres.&v to høyreflekterende speil 12 og 13, og et utspeil 14. Gyroskopet på fig. 1 innbefatter også to anoder 15 og 16, og en katode 17. Hulrommet er fylt med en blanding av helium- og neongasser. En plasmautladning mellom de to anoder og katoden skaffer den nødvendige forsterkning i det gass-
fylte hulrom.. Ved hjelp av speilene blir to monokromatiske lysstråler ført rundt blokken i retning henholdsvis med og mot urviseren.
Blokken 10 er ettergivende forbundet med underlaget ved hjelp av en f jaer 18 som er festet til en støttesøyle 19 montert på et hylster. Blokken kan drives ved hjelp av ytre ikke viste piezoelek-triske drivanordninger, for å vibrere på en kvasitilfeldig måte om punkt A. Hensiktene med denne mekaniske vibrasjon slik det er forklart ovenfor,er å introdusere en innvinkelhastighet som er stor nok til å forhindre låsevirkningen.
Gyroskopet innbefatter også en interferometersammenstilling
i form av et halvforsølvet speil 21 plassert på utspeilet 14, og en terninghjørne-retroreflektor 20 og fotodetektor 22 montert på hylsteret i nærheten av det halvforsølvede speil 21. De monokromatiske lysstråler som føres i retning med og mot urviseren, kombiner-
es ved det halvforsølvede speil 21, og den resulterende overlagring av de to stråler avføles ved hjelp av fotodetektoren 22.
Det interferometer som er dannet ved retroreflektoren 20,
det halvforsølvede speil 21 og fotodetektoren 22,bevirker at de to optiske stråler gjenforenes etter at de har tilbakelagt forskjellige optiske baner. Punkt A på fig. 1 er valgt slik at forskyvningen d er lik tykkelsen t av speilet 14. Da blir følsomheten hos interferometeret lik og motsatt den for utgangen fra ringlasergyroskopet når dette vibreres mekanisk om punktet A. Interferometeret er istand til nøyaktig å gjenvinne den virkelige innvinkelhastighet som ringlaseren utsettes for.
Ved den kjente sammenstilling på fig. 1, blir de motsatt forløpende monokromatiske lysstråler kombinert slik at der mellom de to stråler dannes en liten konvergeringsvinkel når strålene når fotodetektoren 22. På denne måte dannes der et interferensmønster som består av to eller flere lyse partier avbrutt av mørke partier.Det resulterende interferensmønster beveger seg til en av sidene avhengig av ringlaserens dreieretning. Laserens dreieretning kan derfor avføl-es ved oppdeling av fotodetektoren 22 i to områder anordnet på en avstand svarende til en fjerdedel av avstanden mellom de lyse partier i interferensmønsteret.
I den kjente blokk 10 på fig. 1 er der uttatt usymmetriske utskjæringer 23, 24 og 26 såvel som forskutte hull 27 for å balan-sere blokken mekanisk om støttesøylen 19. Slik balansering er nød-vendig i forbindelse med tidligere kjente enheter på grunn av punktet A som er forskutt i forhold til blokkens symmetrilinje for å unngå mekanisk kobling av enheten med ytre kilder for lineær vibrasjon.
En iboende ulempe som det kjente ringlasergyroskop på fig.
1 er beheftet med,er at det er meget følsomt overfor temperaturgradienter langs symmetrilinjen B-B. Disse gradienter endrer gasstrømmen i hulrommet og resulterer i at instrumentet frembringer uønskede utpulser på tidspunkter når ingen vinkelhastigheter med-deles dette. Denne situasjon oppstår når der opptrer en endring i temperaturen f.eks. på grunn av endringer i omgivelsestemperaturen eller endringer i temperatur under oppstarting av enheten. Disse temperaturgradienter opptrer på grunn av den usymmetriske oppbygning av blokken 10 på fig. 1. Den tidskonstant som er forbundet med temperaturgradientene er av størelsesorden timer.
En ytterligere ulempe med det kjente ringlasergyroskop på fig. 1 er at den mekaniske vibrasjonshastighet er begrenset til ca. + 0,5°. Denne begrensning oppstår fordi den reflekterte stråle fra retroreflektoren 20 faller sammen med den annen utstråle bare for ek-stremt små vibrasjonsvinkler. Ved den kjente enhet på fig. 1 er det derfor umulig å overlagre de to stråler ved mekaniske vibrasjonsvinkler større enn - 0,5°, fordi der ikke forefinnes noe utsignal for de større vibrasjonsvinkler. Dette nødvendiggjør bruken av mekaniske vibrasjoner med forholdsvis høy frekvens i forbindelse med den kjente enhet, hvilket på sin side bevirker rest-låse-ulineariteter mel-
lom inngangen og utgangen fra enheten. Videre har høyfrekvensvibrasjon-ene en tendens til å forstyrre tilstøtende instrumenter,f.eks.akslero-metére og gyroskop som vanligvis benyttes i inerti-føringssystemer.
De ovennevnte ulemper ved det kjente ringlasergyroskop av-hjelpes ved konstruksjonen av ringlasergyroskopet ifølge den foreliggende oppfinnelse, oq en utførelsesform for denne er vist påfig.2og3. Oppbygningen av utførelsesformen på fig. 2 og 3 er i visse henseender maken til den kjente enhet på fig. 1, og bare de modifikasjoner som innbefatter den foreliggende oppfinnelses lære, vil nå bli beskrevet i detalj.
Ved ringlaserqyroskopet på fia. 2 oa 3 er midtpunktet
av fjæren 18 oq dennes støttesaiyle 10, det vil si punktet
A, plassert på symmetrilinjen B-B, istedenfor å være forskutt fra denne, slik tilfellet er i forbindelse med enheten på fig. 1. Videre er der i forbindelse med ringlasergyroskopets blokk på fig. 2 og 3, ikke noe krav om de ovenfor omtalte usymmetriske utskjæringer 23, 24, 26, eller om hullet 27.
For realisering av oppfinnelsen ved den viste utførelsesform festes en optisk kile 28 til utspeilet 29 i gyroskopet ved hjelp av et passende transparent optisk klebemiddel. Den optiske kile 28 kan tildannes av et glasskeramisk materiale, f.eks. det som markedsføres under navnet"U.L.E.", som er et varemerke for Corning Glass Company, og som benyttes av dette selskap for indentifikasjon av en sort ultra-lavekspansjonsilikon som er en titanstabilisert glasskeramikk. Dette materiale er vannklart, og det tillater en god termisk ekspansjonstilpasning med laserblokken. Det er nødvendig med en god termisk til-pasning mellom kilen 28 og blokken for å unngå optisk dobbeltbrytning på grunn av termisk induserte påkjenninger. Den optiske kile 28 innbefatter et halvforsølvet lag 30. Alle de ytre overflater av de optiske elementer er fortrinnsvis dekket med passende antireflekterende materiale for å redusere tap.
Ringlasergyroskopet på fig. 2 og 3 innbefatter en retro-ref lektor 3 2 som er montert på hylsteret, og som typisk kan være en terninghjørneretroreflektor. Retroreflektoren 32 er slik montert at dens optiske sentrum er plasert på en følsomhetssirkel 33. Denne har sentrum i punktet A og har en radius r = 2B/L
hvor L er hulrommets banelengde, og B er arealet omsluttet av banen.
Overflaten av retroreflektoren 32 kan også være dekket med passende antireflekterende materiale. Retroreflektoren er montert i en noe forskutt stilling for å unngå at overflaterefleksjoner fra retroreflektoren ledes tilbake til laserhulrommet.
Et rettvinklet prisme 31 er festet til ytterflaten av kilen 28 ved hjelp av et passende gjenomsiktig optisk klebemiddel. Kilen 28 bevirker at strålen som føres i retning mot urviseren, blir vinkel-forskjøvet, slik at strålen efter to refleksjoner i nevnte prisme 31 føres som stråle 34 mot retroreflektoren 32. Strålen 34 påvirkes av retroreflektoren 32 og føres tilbake som stråle 35 til prismet 31.
De ovenfor beskrevne optiske elementer danner et interferometer, hvis følsomhet er nøyaktig lik og motsatt den for ringlasergyroskopet når dette vibreres mekanisk om punktet A. De optiske elementer er slik plassert at strålen 34 som kommer inn i retroreflektoren 32, og strålen 35 som forlater retroreflektoren 32 er parallelle med hverandre, og vinkelrette på radien i følsomhetsirkelen 33. Når strålen 35 når kilen 28, blir den reflektert av det halvforsølvede speildekke 30. Den stråle som føres i retning med urviseren, og som passerer gjennom utspeilet 29, overføres gjennom det halvforsølvede speildekket 30. Strålen i retning med urviseren og strålen 35 er sammenfallende ,og efter ytterligere refleksjoner i prismet 31 blir de to stråler ført til en fotodetektor 36 som er fast forbundet med blokken.
De sammenfallende stråler blir overlagret i en detektor 36
for å danne det ønskede interferensmønster. Den lille konvergensvin-
kel som er nødvendig for å danne interferensmønstret, fremskaffes ved enten å utføre utspeilet 39 kileformet med en bue på noen få minutter, eller ved å feste kilen 28 til speilet 29 ved hjelp av et optisk klebemiddel, slik at klebemidlet danner den ønskede kilevinkel.
Ved ringlasergyroskopet på fig. 2 og 3 danner den optiske
kile 28, prismet 31 og retroreflektoren 32 et interferometer ved hvis hjelp utgangen fra gyroskopet kompenseres for å skaffe en ut-
gang som er fri for påvirkninger fra de induserte mekaniske vibrasjoner over en betydelig vinkel, for derved a tillate en storvinkel—lav— frekvensvibrasjon å bli innført i innstrumentet, slik at instrumentet blir hovedsakelig fri for restlåsevirkninger som påvirker instru-mentets skalafaktor i ugunstig retning. Videre tillater konstruksjon-
en ifølge oppfinnelsen ringlasergyroskopet å bli opplagret på symmetrilinjen, slik at de uheldige virkninger av temperaturgradientene langs instrumentet reduseres vesentlig.
Ved en annen utførelsesform for oppfinnelsen kan de stråler som føres med og mot urviseren fra individuelle utspeil, føres gjennom kiler og prismer f.eks. kilen 28 og prismet 31, mot en strålekombina-sjonsenhet f.eks. retroreflektoren 32 anordnet på følsomhetssirkelen 33. Imidlertid er det nødvendig med en omhyggelig toleransekontroll i forbindelse med den annen utførelsesform, fordi der ikke finnes noen feileliminerende midler som kommer til virkning i forbindelse med vt-førelsesformene på fig. 2 og 3. Feilelimineringene ved utførelsesform-en på fig. 2 og 3 opptrer fordi strålene passerer begge veier gjennom prismet 31.
Den foreliggende oppfinnelse skaffer derfor et forbedret ringlasergyroskop som har blokken montert på sin symmetrilinje, og som ikke behøver utskjæringer eller forskutte hull for utbalansering. Denne montering av blokken i instrumentet ifølge oppfinnelsen gjør instrumentet ufølsomt overfor temperaturforskjeller som opptrer under oppstarting og under endringer i omgivelsestemperaturen. Ringlasergyroskopet *ifølge oppfinnelsen er konstruert -For å tillate en tilnær-met tifoldig økning i tillatelig mekanisk vibrasjonsvinkel sammenlig-net med den tidligere kjente enhet på fig. 1, hvilket gjør det prak-tisk mulig å bruke en lavfrekvensvibrasjon med stor vinkel, for å unngå låsevirkninger. En slik storvinkel-lavfrekvensvibrasjon skaffer mindre restlåsevirkninger enn høyfrekvensvibrasjoner, og følge-lig kan den kvasitilfeldige bevegelse som er nødvendig i forbindelse med høyfrekvensvibrasjoner,reduseres.
En ytterligere fordel med instrumentet ifølge oppfinnelsen er at utspeilet kan plasseres på blokken i en optimal stilling for å redusere tilbakespredningen til et minimum. Dette er ikke mulig i det tidligere kjente instrument på fig. 1, fordi utspeilet innbefatter en halvforsølvet del 21 av de grunner som er beskrevet ovenfor, og det må plasseres på blokken i en fast stilling hvor det halvforsølv-ede speil er riktig plassert i en spesiell optisk bane.
Enda en annen fordel med instrumentet i følge oppfinnelsen er at retroreflektorstrålekombinasjonsenheten 32 ved utførelsesform-en på fig. 2 og 3, krever mindre plass enn strålekombinasjonsenheten 2 0 i den kjente enhet på fig. 1.
Claims (5)
1. Ringlasergyroskop omfattende
en symmetrisk blokk med et ringlaserresonanshulrom, hvori' der fremskaffes to laserstråler,
reflektorganer innbefattende et utspeil som er montert på blokken og tjener til å forplante de to laserstråler i en lukket sløyfe i retning med respektive mot urviseren om en innakse for gyroskopet,
et bæreorgan for blokken anordnet på blokkens symmetrilinje med en akse som strekker seg langs gyroskopets innakse,
ettergivende organer som sammenkobler blokken mekanisk til bæreorganet for å tillate vinkelbevegelse av blokken om innaksen, og en fotodetektor, karakterisert ved at gyroskopet ytterligere omfatter kompenserende interferometerorganer som bevirker at utsignalene fra gyroskopet skal være fri for påvirkninger av mekaniske vibrasjoner som innføres i blokken om innaksen over en betydelig vinkelforskyvning av blokken, og omfatter en stasjonær retroreflektor (32), en optisk kile (28) festet til utspeilets (29) ytterflate, og et prisme (31) festet til kilens ytterflate for dirigering av en av laserstrålene til retroreflektoren (32) og for dirigering av den annen laserstråle og en reflektert stråle fra retroreflektoren (32) til fotodetektoren (36), idet den laserstråle som dirigeres til retroreflektoren (32), og den reflekterte laserstråle fra retroreflektoren (32) vandrer langs to parallelle baner anordnet på avstand fra hverandre.
2. Gyroskop som angitt i krav 1, karakterisert ved at det innbefatter et halvforsølvet lag på et parti av overflaten av kilen (28) i nærheten av utspeilet (29) for dirigering av den reflekterende stråle fra retroreflektoren (32), idet strålen reflekteres ved hjelp av prismet (31) til det halvforsølvede lag og tilbake til prismet (31) for refleksjon fra dette til detektoren (36), og for føring av den annen laserstråle inn i prismet (31) for refleksjon fra dette til detektoren (36).
3. Gyroskop som angitt i krav 1, karakterisert ved at prismet (31) og den optiske kile (28) er festet til hverandre og til utspeilets ytterflate ved hjelp av et optisk klebemiddel, og at kilen (28) er innrettet til å skaffe en termisk ekspansjonstilpasning for å unngå optisk dobbeltbrytning på grunn av termisk induserte spenninger.
4. Gyroskop som angitt i krav 1, karakterisert ved at det innbefatter et klebemiddellag som fester den optiske kile (28) til utspeilet (29), idet det optiske klebemiddellag har en kileform for dannelse av en valgt kilevinkel mellom den optiske kile (28) og utspeilet (29) for derved å bevirke at strålene som faller inn på detektoren (36), danner et for-håndsbestemt interferensmønster.
5. Gyroskop som angitt i krav 1, karakterisert ved at prismet (31) er et rettvinklet prisme slik plassert at det optiske senter for retroreflektoren (32) er plassert på en radius r fra gyroskopets innakse, hvor r = 2B/L, og hvor L er lengden av den lukkede sløyfe og B er arealet som omsluttes av den lukkede sløyfe.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/831,114 US4190364A (en) | 1977-09-07 | 1977-09-07 | Ring laser gyroscope |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO782989L NO782989L (no) | 1979-03-08 |
NO149749B true NO149749B (no) | 1984-03-05 |
NO149749C NO149749C (no) | 1984-06-13 |
Family
ID=25258303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO782989A NO149749C (no) | 1977-09-07 | 1978-09-01 | Ringlaser-gyroskop |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4190364A (no) |
JP (1) | JPS5441693A (no) |
CA (1) | CA1095613A (no) |
DE (1) | DE2839066A1 (no) |
FR (1) | FR2402858A1 (no) |
GB (1) | GB2004113B (no) |
IL (1) | IL55164A (no) |
NO (1) | NO149749C (no) |
SE (1) | SE7809329L (no) |
Families Citing this family (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4257015A (en) * | 1979-03-26 | 1981-03-17 | The Singer Company | Ring laser gyroscope anode |
DE3115889C2 (de) * | 1981-04-21 | 1983-12-29 | Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5000 Köln | Drehgeschwindigkeitssensor auf der Basis eines Ringlasers |
US4411527A (en) * | 1981-06-29 | 1983-10-25 | The Singer Company | Ring laser gyroscope with compensation |
US4436423A (en) * | 1981-09-14 | 1984-03-13 | The Singer Company | Ring laser gyroscope suspension |
DE3150160A1 (de) * | 1981-12-18 | 1983-06-30 | Honeywell Gmbh, 6050 Offenbach | Ringlaserkreisel |
US4477188A (en) * | 1982-04-16 | 1984-10-16 | The Singer Company | Monolithic three axis ring laser gyroscope |
US4597667A (en) * | 1982-12-09 | 1986-07-01 | Litton Systems, Inc. | Dither controller for ring laser angular rotation sensor |
US4612647A (en) * | 1982-12-27 | 1986-09-16 | Litton Systems, Inc. | High performance laser and method of making same |
US4536087A (en) * | 1983-06-08 | 1985-08-20 | The Singer Company | Dither compensator for ring laser gyroscope |
ZA844479B (en) * | 1983-06-20 | 1985-04-24 | Sunstrand Optical Technologies | Downhole ring laser gyro |
US4575855A (en) * | 1983-07-29 | 1986-03-11 | Sundstrand Optical Technologies, Inc. | Ring laser gyro cathode arrangement |
US4534648A (en) * | 1983-11-07 | 1985-08-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Gyro sensor block suspension |
US4783169A (en) * | 1985-08-09 | 1988-11-08 | Litton Systems, Inc. | Control of a ring laser gyro cavity according to a preselected model |
US4821282A (en) * | 1985-12-27 | 1989-04-11 | Honeywell Inc. | Mirror assembly for lasers |
US4865436A (en) * | 1986-03-25 | 1989-09-12 | Honeywell Inc. | Low cost ring laser angular rate sensor |
US4821281A (en) * | 1986-09-15 | 1989-04-11 | Honeywell Inc. | Hollow cathode glow discharge ring laser angular rate sensor |
US4865451A (en) * | 1986-12-22 | 1989-09-12 | Ahonen Robert G | Silicon substrate mirror assembly for lasers |
US4867567A (en) * | 1987-08-21 | 1989-09-19 | Litton Systems, Inc. | Ring laser gyro frame design resistant to thermal gradient effects |
DE4009728A1 (de) * | 1989-04-03 | 1990-10-04 | Teldix Gmbh | Verfahren zum herstellen eines grundkoerpers fuer einen laserkreisel |
DE3918049A1 (de) * | 1989-06-02 | 1990-12-13 | Honeywell Regelsysteme Gmbh | Ringlaserkreisel mit drehschwingeinrichtung |
DE3918048A1 (de) * | 1989-06-02 | 1990-12-13 | Honeywell Regelsysteme Gmbh | Ringlaserkreisel |
DE4128195A1 (de) * | 1991-08-24 | 1993-02-25 | Honeywell Regelsysteme Gmbh | Befestigungsvorrichtung fuer ringlaserkreisel |
US5386289A (en) * | 1993-01-05 | 1995-01-31 | Honeywell Inc. | Case mounted readout for providing a ring laser gyro with low backscatter |
GB2278951B (en) * | 1993-06-11 | 1997-04-16 | Trumpf Lasertechnik Gmbh | Housing apparatus for a power laser |
US6655215B2 (en) | 2001-06-15 | 2003-12-02 | Honeywell International Inc. | Inverse corner cube for non-intrusive three axis vibration measurement |
SE528404C2 (sv) * | 2004-10-20 | 2006-11-07 | Imego Ab | Sensorarrangemang |
CA3030308C (en) | 2016-07-29 | 2022-04-05 | The Board Of Trustees Of Western Michigan University | Magnetic nanoparticle-based gyroscopic sensor |
RU2627566C1 (ru) * | 2016-11-08 | 2017-08-08 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Лазерный гироскоп |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3373650A (en) * | 1965-04-02 | 1968-03-19 | Honeywell Inc | Laser angular rate sensor |
US4000947A (en) * | 1975-05-27 | 1977-01-04 | United Technologies Corporation | Optical readout for differential laser gyros |
-
1977
- 1977-09-07 US US05/831,114 patent/US4190364A/en not_active Expired - Lifetime
-
1978
- 1978-07-18 IL IL55164A patent/IL55164A/xx unknown
- 1978-07-18 CA CA307,612A patent/CA1095613A/en not_active Expired
- 1978-07-20 GB GB7830439A patent/GB2004113B/en not_active Expired
- 1978-08-15 JP JP9874078A patent/JPS5441693A/ja active Granted
- 1978-09-01 NO NO782989A patent/NO149749C/no unknown
- 1978-09-05 FR FR7825515A patent/FR2402858A1/fr active Granted
- 1978-09-05 SE SE7809329A patent/SE7809329L/xx unknown
- 1978-09-07 DE DE19782839066 patent/DE2839066A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2839066A1 (de) | 1979-03-22 |
JPS6138636B2 (no) | 1986-08-30 |
US4190364A (en) | 1980-02-26 |
GB2004113B (en) | 1982-02-24 |
NO782989L (no) | 1979-03-08 |
NO149749C (no) | 1984-06-13 |
FR2402858A1 (fr) | 1979-04-06 |
CA1095613A (en) | 1981-02-10 |
FR2402858B1 (no) | 1984-05-11 |
IL55164A (en) | 1981-09-13 |
JPS5441693A (en) | 1979-04-03 |
SE7809329L (sv) | 1979-03-08 |
GB2004113A (en) | 1979-03-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO149749B (no) | Ringlaser-gyroskop | |
Sanders et al. | Fiber optic gyro development at Honeywell | |
US6064630A (en) | Sensor with an optical interferometric pick-off | |
US4900918A (en) | Resonant fiber optic accelerometer with noise reduction using a closed loop feedback to vary pathlength | |
JP2007139780A (ja) | 自由空間共振器を備える光ジャイロおよび慣性回転速度を感知する方法 | |
US4344706A (en) | Ring laser gyro dither pulse eliminator | |
US4718766A (en) | Stabilized ring laser bias system | |
US4521110A (en) | Dual cavity laser gyro | |
US4411527A (en) | Ring laser gyroscope with compensation | |
US5099690A (en) | Fiber-optic gyroscope accelerometer | |
KR101981707B1 (ko) | 편광 빛살가르게를 이용한 자유공간 사냑 간섭계 | |
US7414730B2 (en) | High precision interferometer apparatus employing a grating beamsplitter | |
US4444502A (en) | Ring laser gyroscope with fiber optic beam combiner | |
US4167336A (en) | Ring laser gyroscope having wedge desensitizing optical means | |
US5044749A (en) | Fiber-optic bender beam interferometer rate sensor | |
US3433568A (en) | Motion sensing apparatus | |
Juang et al. | Evaluation of ring laser and fiber optic gyroscope technology | |
Martin et al. | The Litton 11 cm triaxial zero-lock gyro | |
US6426795B1 (en) | Device for acquiring mechanical variables by evaluating the superposition of oscillations | |
RU2488773C2 (ru) | Лазерный гироскоп | |
RU81317U1 (ru) | Устройство для измерения угловых скоростей вращения | |
Fredricks et al. | Sources of error in a discrete component Sagnac optical rate sensor | |
RU2174218C2 (ru) | Прибор для измерения физических величин | |
RU2117251C1 (ru) | Лазерный гироскоп | |
Prilutskii et al. | Interferometric closed-loop fiber optic gyrocopes with linear output |