NO863759L - Holder for getter som brennes elektrisk. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår ringlasergyroskoper og mer spesielt en mekanisk holder for en ikke-fordampende, elektrisk brent getter som skal anordnes inne i blokken til et slikt gyroskop.

En getter består av en ren, sintret, metallisk legering, typisk bestående av titan og zirkonium. Legeringen sintres sammen med grafitt for å.få en gasspermeabel struktur. Den betraktes som "ikke-fordampende" fordi ikke noe materiale fordampes når den oppvarmes til sin aktiveringstemperatur. Getteren anbringes inne i blokken i et ringlasergyroskop i kontakt med gyroskopets optiske hulrom. Formålet med en getter er at dens sintrede, metalliske legeringsmateriale skal kombinere med uønskede ikke-edelgass-komponenter desorbert fra det indre av gyroens optiske hulrom under lagring og drift av ringlaser-gyroen. Getteren er nødvendig fordi evakuering ikke frembringer en varig renhet av lasergassen. For å oppnå en lang levetid for ringlasergyroskopet er det viktig at det optiske hulrom forblir fylt med bare edelgasser under drift av gyroskopet.

En getter blir i en viss utstrekning oksidert under håndtering. Den må aktiveres ved å varmes opp til en høy temperatur, som typisk kan være 900°C, i ett eller to minutter. Denne be-handling, kalt brenning, i vakuum gjør at urenheter på overflaten av hvert' korn i getteren dif funderer mot det indre.

Den frigjør også hydrogen som kan være blitt absorbert på

grunn av kontakt med vanndamp. Overflaten blir derved renset og reaktivert for å absorbere flere forurensende gassmolekyler. Absorpsjonen er vanligvis tilstrekkelig hurtig ved romtempe-ratur, men getteren kan varmes opp noe, f.eks. til 100-200°C,

om hurtigere absorpsjon ønskes.

Da getteren må være plassert inne i den forseglede blokk til ringlasergyroskopet og varmeelementets kraftkilde typisk er utenfor blokken, må der finnes en metode for å overføre slik kraft til innsiden. En rekke metoder er kjent og er for tiden i bruk. Ved en metode anordnes en ringformet getter inne i hulrommet. En RF-spole anbringes utenfor hulrommet i koaksial forbindelse med getteren. Elektriske RF-oscilias joner i spolen genererer et oscillerende magnetfelt som i sin tur induserer RF-oscillasjoner i den elektrisk ledende getter.

Denne strøm går rundt getteren og varmer den opp til ønsket temperatur. Ulempen ved denne metode skyldes det forhold at RF-spolen varmer opp alle metallgjenstander i sin vei. Graden

av oppvarming avhenger av størrelsen og formen av metall-objektet. I noen tilfeller vil fjærer eller andre mekanismer som benyttes til å holde getteren på plass, nå sin glødetempe-ratur og således miste den spenning som skal til for å holde getteren fast på plass. Vakuumtetninger i et ringlasergyroskop er spesielt tilbøyelige til å svikte under RF-eksitasjon,

da de vanligvis er utført av metaller som har lave smelte-punkter. Det kan ses at RF-eksitasjon av gettere fører til betydelige begrensninger når det gjelder utførelsen av ringlasergyroskoper.

Den alternative fremgangsmåte for aktivering av gettere er

å varme dem opp via elektriske varmekveiler innleiret i getter-materialet. Glassisolerte gjennomføringer benyttes til å over-føre elektrisk strøm til det indre av blokken. En varmekveil er anbragt inne i getteren og er elektrisk forbundet med gjen-nomføringene ved sveising. Varmekveilen er vanligvis utført i wolfram eller "Kanthal" og dekkes med alumina eller magnesia for å isolere den elektrisk fra det elektrisk ledende getter-legeme. Da effekt for å varme opp getteren føres til innsiden av blokken i form av elektrisk strøm, er en getter oppvarmet på denne måte kjent som en elektrisk brent getter.

Tidligere har elektrisk brente gettere vanligvis vært opplagret bare ved hjelp av sine elektriske hetetråder. Hetetrådene gav en hensiktsmessig opplagring for å hindre den varme getteren i å berøre veggene til dens beholder. Selv om denne metode er tilstrekkelig for noen anvendelser, er den problematisk i høye belastningsmiljøer som ringlasergyroskoper hyppig benyttes i. Hetetråden og dens feste til de glassisolerte mate-gjennomføringer er fleksible og tilbøyelige til brudd. Mekaniske krefter som virker på varmeelementet, kan løse alumina- eller magnesiaisolasjon og derved utsette varmeelementet for risikoen for en kortslutning. I tillegg kan akselerasjonskrefter føre til brudd i wolframtrådelementet, som kan bli sprøtt i den sterke brenningsvarmen. Endelig kan akselerasjonskrefter gjøre at getteren vibrerer på grunn av fjæringen i dens opplagrings-tråder. Når getteren og dens opplagring vibreres ved sin egenfrekvens, kan den resulterende bevegelse bli så voldsom at den river getteren løs eller får partikler til å løsne fra det sintrede gettermateriale. Enhver partikkel (mikroskopisk eller annen) som brytes løs fra getteren, kan føre til en forringelse av ringlasergyroskopets ytelse.

For å benytte en elektrisk brent getter i de akselerasjons-

og vibrasjonsmiljøer som ringlasergyroskoper hyppig utsettes for, er det nødvendig å opp.lagre getteren mekanisk slik at konstruksjonen får en egenfrekvens godt over 2 kHz. Denne opplagringskonstruksjon må være i kontakt med getteren uten å virke som et varmesluk for getteren når den aktiveres til 900°C. Den må heller ikke tape sin forbelastning eller -spenning som følge av kontakt med en gjenstand som holder 900°C.

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe

en holder for en elektrisk brent getter hvormed man unngår de ovennevnte ulemper.

Det er en annen hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en musefelleformet fjær for å holde en elektrisk brent getter mot innsiden av blokken til et ringlasergyroskop.

Det er enda en annen hensikt med den foreliggende oppfinnelse

å gi en holder for en elektrisk brent getter en slik utformning at den ikke leder noen nevneverdig varmemengde bort fra getteren under brenning.

Det er en ytterligere hensikt med den foreliggende oppfinnelse

å tilveiebringe et V-formet spor i innerflaten av blokken til et ringlasergyroskop.

Det er enda en ytterligere hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en fjærbelastet anordning som kan holde en elektrisk brent getter mot innerveggen av blokken til et ringlasergyroskop og opprettholde sin belastning når getteren brennes.

I henhold til oppfinnelsen forbelastes et sylindrisk getter-legeme mot den innvendige overflate av blokken til ringlasergyroskopet med en musefellef ormet f jaer. Denne fjær er utformet slik at den del av fjæren som genererer forbelastningen, ikke vil glødes eller .på noen annen måte påvirkes av getterens temperatur på 900°C. Forbelastningen er konstant og kan være meget større enn noen akselerasjonskraft som med sannsynlighet kan forekomme. Getteren hviler i lengderetningen i et V-formet spor skåret i veggen slik at getteren er i fysisk•kontakt med veggen bare langs to linjer. Denne form for kontakt i et vakuummiljø er blitt funnet å gi en meget lav termisk led-ningsevne mellom getteren og sporet. Dette gjør det mulig å belaste getteren stivt mot veggen uten å påvirke aktiveringen av getteren. Den musefelleformede fjær holdes mot veggen av et tynt åk som strekker seg i lengderetningen gjennom begge fjærens viklinger og ved begge ender sveises til veggen. Hele apparatet, inklusive de glassisolerte, elektriske gjennom-føringer, kan monteres på en skive med trinnformet kant og monteres som en plugg i et hull boret for dette formål i gyroskopblokken.

I den her benyttede utførelse omfatter gyroskophulrommet hvilket som helst volum som står i forbindelse med lasergassen, herunder volumer som ikke er i umiddelbar nærhet av gyroskopets optiske bane. Veggene i hulrommet skal anses å omfatte hvilken som helst overflate som er fysisk koblet til gyroskopblokken,

og som står i forbindelse med hulrommet, herunder innragende fremspring.

De ovennevnte hensikter og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil lettere forstås med henvisning til den ledsagende tegning hvor

Fig. 1 viser et tverrsnitt av en gettermontasje i henhold

til oppfinnelsen,

fig. 2 viser et tverrsnitt av gettermontasjen på fig. 1, dreid

90°, og

fig. 3 viser et grunnriss av gettermontasjen på fig. 1.

En utførelse av oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til den ledsagende tegning, hvor like deler overalt er betegnet med de samme henvisningstall.

Et parti av veggen i en trekantet ringlasergyroskopblokk er betegnet med 10. Veggen har et sirkulært hull som forbinder det indre 12 av blokken med det ytre 14. En skive 16 med trinnformet kant forsegler hullet hermetisk som en plugg med partiet av skiven med største diameter utenfor hullet og partiet med minste diameter såvidt innenfor. Tetningen kan utføres ved hvilken som helst egnet metode, men en kompresjonspakning av indium som beskrevet i US patentskrift nr. 4 159 075 fore-trekkes. Ved denne fremgangsmåte blir overflatene renset og presset sammen med en indium-tråd 18 innklemt mellom dem for å danne en hermetisk tetning.

En ikke-fordampende, elektrisk brent getter til bruk i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er betegnet med 20. Det har sylindrisk form og kan utføres av en zirkonium-titanlegering. Den sintres med grafitt for å gjøres porøs. Innleiret i getteren 20 sitter en varmekveil (ikke vist) som kan være laget av wolfram eller "Kanthal" og belagt med alumina eller magnesia for elektrisk isolasjon. Varmekveilen ender i aksialt anordnede ledninger 22 og 23 som er sveiset til glassisolerte gjennom-føringer henholdsvis 24 og 25 og skaffer strømløp til utsiden 14 av ringlasergyroskopet.

Getteren er anordnet på langs i et V-formet spor 26 skåret

i overflaten av skiven 16 i forbindelse med det indre 12 av gyroskopet. Det vil innses at sporet 26 ikke trenger å ha V-form og kan dannes av opphøyde vegger istedenfor en ut-skjæring. Dette opplegg opplagrer getteren stivt, men tillater

den naturlige varmeutvidelse som finner sted under brenningen.

I tillegg er det parti av getteroverflaten som kommer i fysisk kontakt med skiven 16, meget lite, idet det er begrenset til bare to linjer som strekker seg langsetter sylinderen. Varme-ledningen fra getteren inn i skiven er derfor meget liten og er i realiteten dominert av varmeoverføring ved stråling. Tester viser at skiven 16, når en getter opplagret på denne måte oppvarmes til 900°C i løpet av få sekunder, holder omtrent 80°C når den omgis av stille luft.

Getteren 20 holdes mot V-sporet 26 av en musefelleformet, forbelastende fjær 28. Fjæren består av to forbundne tråd-kveiler 30 og 31 viklet i motsatte retninger på en felles akse og skilt fra hverandre i lengderetningen. Det parti av tråden som forbinder de to kveiler, har en U-form, hvis sider strekker seg i en retning perpendikulær på viklingsaksen til kveilene30 og 31. Ved et passende punkt på begge sider av U'en er armen bøyet omtrent 90°, slik at den får en egnet

form for å feste getteren. De to motsatte ender av fjærtråden strekker seg også i en retning perpendikulær på viklingsaksen til kveilene 30 og 31. Endene er bøyet mot hverandre slik at de danner L-former. I lengderetningen gjennom senteret av kveilene 30 og 31 er der anordnet et tynt åk 34 som ved sine to ender 36 og 38 punktsveises til skiven 16. Det er ikke nødvendig å plassere sveisene ved endene av åket, så

lenge der er én på hver ende av kveilen. Dette åk tjener til å holde kveilene mot skiveoverflaten, mens de L-formede ender og det U-formede senter utøver en kraft fra motsatte sider av kveilene mot skiven. Fjæren 28 kan fremstilles av ethvert egnet materiale, som kaldtrukket, korrosjonsfast stål av 300-serien, og bør utføres for å gi en konstant forbelastning på getteren 20 større enn akselerasjonskreftene som den utsettes for.

En fordel ved en musefelleformet fjær er at den i alt vesent-lig er immun mot glødingseffekten av varme frembragt i getteren under brenning. Den eneste del av fjæren som blir utsatt for den høye gettertemperatur, er den U-formede arm som bare tjener til å overføre fjærkraften fra kveilene til getteren. Den kan glødes uten å påvirke fjærens fastspenningsenergi. Kveilene som lagrer mesteparten av energien i fjæren, er på den annen side adskilt fra getteren og blir derfor ikke berørt av den høye temperatur. De står også i kontakt med andre metalldeler som virker som et varmesluk for å fjerne varme som ikke når kveilene.

En holder som beskrevet ovenfor har vært bygget og utsatt

for brenningssprøver og vibrasjonssveipetesting ved en amplitude på 10 g i tre innbyrdes perpendikulære retninger. Ingen partikler ble brutt løs hverken fra getteren eller fra varmeelementet, og heller ikke er der funnet noen resonanser.

Oppfinnelsen er blitt beskrevet med hensyn på en spesiell utførelse av den, og det skal forstås at mange modifikasjoner er mulige uten å avvike fra oppfinnelsens ramme. For eksempel er ikke musefelleformen av fjæren avgjørende for oppfinnelsen, idet den kan erstattes av en fjær med en annen form som gir samme virkning. Videre kan fjæren utføres av et materiale forskjellig fra det som er beskrevet ovenfor. Som et annet eksempel kan apparatet monteres på en plate som er uten trinn-formede kanter eller ikke har skivelignende form. Det kan også monteres direkte på innerveggen av det optiske hulrom. Andre modifikasjoner er også mulige innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (31)

1. Ringlasergyroskop omfattende en blokk med et hulrom, en elektrisk brent getter i hulrommet, idet getteren har en varmekveil, gjennomføringer for å overføre elektrisk strøm fra utsiden til innsiden av hulrommet, og ledninger for å forbinde varmekveilen med gjennomføringene, karakterisert ved en forbedring bestående av en anordning for å holde getteren i stilling som hovedsakelig er stasjonær med hensyn på blokken.

2. Forbedring i henhold til krav 1, karakterisert ved at holdeanordningen omfatter en fjær.

3. Forbedring i henhold til krav 2, karakterisert ved at fjæren omfatter et parti som i det minste delvis er termisk isolert fra getteren, og som lagrer tilstrekkelig fjærenergi til å forhindre holdekraften i å falle under et ønsket nivå når getteren oppvarmes til en forhåndsbestemt temperatur.

4. Forbedring i henhold til krav 1, karakterisert ved at holdeanordningen omfatter en musefelleformet fjær med en kveil og en anordning for å holde fjæren mot en vegg i hulrommet.

5. Forbedring i henhold til krav 4, karakterisert ved at anordningen for å holde fjæren omfatter et åk anordnet langsetter gjennom innsiden av kveilen og festet ved begge ender av kveilen til veggen.

6. Gyroskop i henhold til krav 1, karakterisert ved at getteren hovedsakelig har sylinderform, og at holdeanordningen omfatter et areal av hulrommets vegg utformet med et spor som er minst like langt som getteren, slik at getteren kan hvile langsetter i sporet og være i kontakt med den indre overflate bare ved to linjer.

7. Forbedring i henhold til krav 6, karakterisert ved at holdeanordningen dessuten omfatter en <f> jær.

8. Ringlasergyroskop i henhold til krav 7, karakterisert ved at fjæren omfatter et parti som i det minste er delvis termisk isolert fra getteren, og som lagrer tilstrekkelig fjærenergi til å forhindre holdekraften i å falle under et ønsket nivå når getteren opphetes til en forhåndsbestemt temperatur.

9. Forbedring i henhold til krav 7, karakterisert ved at fjæren omfatter: et parti som er adskilt' fra' getteren og lagrer en del av fjærenergien tilstrekkelig til i seg selv å generere den ønskede holdekraft, og en anordning for å overføre slik fjærenergi til getteren.

10. Forbedring i henhold til krav 6, karakterisert ved at holdeanordningen dessuten omfatter: en musefelleformet fjær med en kveil, og en anordning for å holde fjæren mot den innvendige overflate.

11. Holder for å holde en elektrisk brent getter med en varmevikling i en stilling som hovedsakelig er stasjonær med hensyn på et ringlasergyroskop med et hulrom, idet hulrommet har en vegg og gyroskopet dessuten omfatter gjennomføringer som kan forbindes med varmekveilen inne i hulrommet og med en elektrisk strømkilde utenfor hulrommet, karakterisert ved at holderen omfatter en forbelastningsanordning for å forbelaste getteren mot hulromveggen med en forbelastningskraft større enn den største kraft som der ønskes beskyttelse mot.

12. Holder i henhold til krav 11, karakterisert ved. at forbelastningsanordningen omfatter en fjær.

13. Holder i henhold til krav 12, karakterisert ved at fjæren omfatter et parti som i det minste delvis er termisk isolert fra getteren, og som lagrer tilstrekkelig fjærenergi til å forhindre holdekraften fra å falle under et ønsket nivå når getteren oppvarmes til en forhåndsbestemt temperatur.

14. Holder i henhold til krav 12, karakterisert ved at fjæren omfatter: et parti som lagrer hovedsakelig all fjærenergi, og en anordning for i det minste delvis å isolere dette parti termisk fra getteren.

15. Holder i henhold til krav 14, karakterisert ved at anordningen for' i det minste delvis å isolere termisk omfatter en arm for å tillate partiet å være i avstand fra getteren.

16. Holder i henhold til krav 12, karakterisert ved at fjæren omfatter et parti i avstand fra getteren, hvilket parti lagrer en del av fjærenergien tilstrekkelig i seg selv til å generere en ønsket holdekraft, og en anordning for å overføre slik fjærenergi til getteren.

17. Holder i henhold til krav 12, karakterisert ved at fjæren omfatter en musefelleformet fjær.

18. Holder i henhold til krav 11, karakterisert ved at forbelastningsanordningen omfatter en musefelleformet fjær med en kveil og en anordning for å holde kveilen mot hulromsveggen.

19. Holder i henhold til krav 18, karakterisert ved at anordningen for holding av fjæren omfatter et åk anordnet langsetter gjennom innsiden av kveilen og festet ved begge ender av kveilen til veggen.

20. Holder for å holde en sylindrisk, elektrisk brent getter med en varmevikling i en stilling hovedsakelig stasjonær med hensyn på et ringlasergyroskop med et hulrom, idet gyroskopet omfatter gjennomføringer som kan forbindes inne i hulrommet med varmekveilen og utenfor hulrommet med en elektrisk strøm-kilde, karakterisert ved at den dessuten omfatter: en plate med en innvendig side og en utvendig side, idet den innvendige side og en forbelastningsanordning for forbelastning av getteren mot den innvendige side av platen, slik at der oppnås linjekontakt med denne, idet forbelastningen er større enn den største kraft som der ønskes beskyttelse mot.

21. Holder i henhold til krav 20, karakterisert ved at innsiden av platen har et spor som er minst så langt som getteren, og at getteren er anbragt langsetter i sporet.

22. Holder i henhold til krav 21, karakterisert ved at forbelastningsanordningen omfatter en fjær.

23. Holder i henhold til krav 22, karakterisert ved at fjæren omfatter et parti som er i det minste delvis termisk isolert fra getteren og som lagrer tilstrekkelig fjærenergi til å forhindre holdekraften fra å falle under et ønsket nivå når getteren oppvarmes til en forhåndsbestemt temperatur.

24. Holder i henhold til krav 22, karakterisert ved at fjæren omfatter et parti som er adskilt fra getteren og lagrer en del av fjærenergien som i seg selv er tilstrekkelig til å generere en ønsket holdekraft, og en anordning for å overføre slik fjærenergi til getteren.

25. Holder i henhold til krav 20, karakterisert ved at kantene av skiven er avtrappet, slik at arealet av utsiden er større enn arealet av innsiden.

26. Holder i henhold til krav 20, karakterisert ved at skiven er i ett stykke med ringlasergyroskopblokken.

27. Holder i henhold til krav 20, karakterisert ved at skiven er festet til ringlasergyroskopblokken ved hjelp av en indiumtråd-kompresjonspakning.

28. Fremgangsmåte for å holde en elektrisk brent getter i en hovedsakelig fast relasjon med hensyn på en ringlasergyroskopblokk, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: å anordne getteren inne i gyroskophulrommet og å forbelaste getteren mot en vegg i hulrommet.

29. Fremgangsmåte i henhold til krav 28, karakterisert ved at den dessuten omfatter de trinn: å anordne en skive med en innvendig side og en utvendig side, og å forbelaste getteren mot den innvendige skive slik at den er i linjekontakt med denne.

30. Fremgangsmåte i henhold til krav 29, karakterisert ved at den dessuten omfatter de trinn: å tildanne et spor på den innvendige side, hvilket spor er minst så langt som getteren, og å anordne getteren langsetter i sporet.

31. Fremgangsmåte i henhold til krav 29, karakterisert ved at den dessuten omfatter de trinn: å tildanne et hull i blokken, å dekke hullet med skiven, idet skiven orienteres slik at den innvendige side vender mot innsiden av hulrommet, og å forsegle skiven hermetisk til blokken.