RU1820214C - Laser gyroscope - Google Patents

Laser gyroscope

Info

Publication number
RU1820214C
RU1820214C SU4824274A RU1820214C RU 1820214 C RU1820214 C RU 1820214C SU 4824274 A SU4824274 A SU 4824274A RU 1820214 C RU1820214 C RU 1820214C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
monoblock
holes
gyroscope
parallel
walls
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович Чеботарев
Original Assignee
Московский институт электромеханики и автоматики
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский институт электромеханики и автоматики filed Critical Московский институт электромеханики и автоматики
Priority to SU4824274 priority Critical patent/RU1820214C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1820214C publication Critical patent/RU1820214C/en

Links

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к лазерной гйроскопии. Целью изобретени   вл етс  снижение температурного дрейфа от разности коэффициентов температурного расширени  и усреднени  св зи встречных волн. Поставленна  цель достигаетс  тем, что моноблок и упруга  опора 2 выполнены монолитными. 2 ил.The invention relates to laser gyroscopy. The aim of the invention is to reduce the temperature drift from the difference in the coefficients of thermal expansion and averaging of the coupling of counterpropagating waves. The goal is achieved in that the monoblock and the elastic support 2 are made monolithic. 2 ill.

Description

Изобретение относитс  к лазерной гйроскопии и может быть использовано при создании высокоточного датчика угловой скорости и угла поворота в инерциальной навигационной системе.The invention relates to laser gyroscopy and can be used to create a high-precision sensor for angular velocity and angle of rotation in an inertial navigation system.

Целью изобретени   вл етс  снижение температурного дрейфа от разности коэффициентов температурного расширени  и усреднени  св зи встречных волн.The aim of the invention is to reduce the temperature drift from the difference in the coefficients of thermal expansion and averaging of the coupling of counterpropagating waves.

На фиг. 1-3 изображен предлагаемый гироскоп..In FIG. 1-3 shows the proposed gyroscope ..

На фиг. 1-3 обозначено: 1 - моноблок кольцевого лазера с каналами дл  лазерного излучени  и зеркалами; опора 2 (корпус гироскопа); дополнительные идентичные отверсти  3; участки моноблока 4 с параллельными стенками; кольцевой оптический контур 5; точка закреплени  моноблока 6. Нафиг,1 не представлены: активна  среда с элементами возбуждени ; выходна  оптическа  система; средства создани  вибрации (вибродвигатель); блоки питани  и обработки информации.In FIG. 1-3 indicate: 1 - a monoblock of a ring laser with channels for laser radiation and mirrors; support 2 (gyroscope case); additional identical holes 3; sections of monoblock 4 with parallel walls; ring optical circuit 5; attachment point of monoblock 6. Nafig, 1 not shown: active medium with excitation elements; output optical system; vibration generating means (vibration motor); power supply and information processing units.

Гироскоп работает следующим образом .The gyroscope works as follows.

8 кольцевом резонаторе за счет возбуж- дени  активной среды формируютс  две встречно-бегущие световые волны одной частоты . При вращении резонатора оптические пути световых волн, движущихс  по и против вращени , отличаютс  друг от друга, что приводит к различию частот встречных волн в кольцевом лазере. Выходна  оптическа  система и блок обработки информации преобразует разность частот световых волн в выходной электрический | сигнал, частота которого пропорциональна угловой скорости гироскопа. Однако из-за наличи  св зи встречных волн в резонаторе гироскоп не чувствителен к малым входным угловым скорост м. Дл  исключени  вли - ; ни  зоны нечувствительности на точность ; КЛГ примен ют, так называемую, частотную подставку - знакопеременные угловые колебани  резонатора КЛГ вокруг его оси чувствительности, при которых большую часть времени гироскоп за счет угловых колебаний выведен из зоны нечувствительности . Дл  обеспечени  возможности создани  угловых колебаний моноблокаIn the ring cavity, two counter-traveling light waves of the same frequency are formed due to the excitation of the active medium. When the resonator rotates, the optical paths of the light waves moving in and against the rotation differ from each other, which leads to a difference in the frequencies of the counterpropagating waves in the ring laser. The output optical system and the information processing unit converts the frequency difference of the light waves into an output electric | a signal whose frequency is proportional to the angular velocity of the gyroscope. However, due to the coupling of counterpropagating waves in the resonator, the gyroscope is not sensitive to low input angular velocities. To exclude the influence of -; no deadband for accuracy; The KLG uses the so-called frequency stand - alternating angular oscillations of the KLG resonator around its sensitivity axis, in which the gyroscope is removed from the dead zone due to angular oscillations most of the time. To enable the creation of monoblock angular oscillations

0000

ю о юy o y

JVJv

служат дополнительные отверсти  в моноблоке , расположенные внутри оптического контура симметрично относительно точки прикреплени  моноблока к опоре и симметрично относительно самого моноблока, причем оси отверстий параллельны оси чувствительности гироскопа, а перемычки между соседними отверсти ми имеют участки с параллельными друг другу стенками. Така  система отверстий формирует в моноблоке лопасти (участки моноблока между отверсти ми с параллельными стенками), обладающие определенными упругими свойствами, что позвол ет осуществл ть угловую вибрацию моноблока. На фиг. 16 представлен вариант закреплени  моноблока в корпусе гироскопа, при котором моноблок закрепл етс  (склейкой, пайкой) на опоре, выполненной в виде оси, вход щей в отверстие моноблока, при этом ось опоры параллельна оси чувствительности гироскопа и проходит через центр симметрии дополнительных отверстий. На фиг.16 представлен вариант двухстороннего закреплени  моноблока в корпусе гироскопа, соединение выполн етс  методом склейки либо спайки моноблока с опорой (либо дополнительных выступов моноблока с опорой ).additional openings in the monoblock are used, located inside the optical circuit symmetrically with respect to the attachment point of the monoblock to the support and symmetrically with respect to the monoblock, the axis of the holes parallel to the sensitivity axis of the gyroscope, and the bridges between adjacent holes have sections with walls parallel to each other. Such a system of holes forms blades in the monoblock (portions of the monoblock between holes with parallel walls) having certain elastic properties, which allows angular vibration of the monoblock. In FIG. Figure 16 shows a variant of securing a monoblock in a gyroscope case, in which the monoblock is fixed (by gluing, soldering) on a support made in the form of an axis entering the monoblock’s hole, the axis of the support being parallel to the gyro sensitivity axis and passing through the center of symmetry of the additional holes. Fig. 16 shows a variant of double-sided fixing of the monoblock in the gyroscope case, the connection is made by gluing or soldering the monoblock with the support (or additional protrusions of the monoblock with the support).

Как уже указывалось, моноблок обычно изготавливают из кварца или ситалла, а материалом виброподвеса или опоры может служить инвар. При изменении температуры необходимо скомпенсировать разницу удлинений AI R (а 1 - а г ), где R - радиус касани  разнородных материалов, а. - КТР t-ro материала. Выигрыш по Д I по сравнению с прототипом составл етAs already mentioned, a monoblock is usually made of quartz or ceramic, and Invar can serve as the material of the vibration suspension or support. When the temperature changes, it is necessary to compensate for the difference in the elongations AI R (a 1 - a g), where R is the contact radius of dissimilar materials, a. - KTP t-ro material. The gain in D I compared with the prototype is

Ј--др - - - гДе R1 радиус опоры вЈ - dr - - - where R1 is the radius of the support in

варианте Ra - радиус кольца в прототипе . Дл  КЛГ типа LTN-90 с периметром 30 см, мм, a RI может быть сделан Ri«6 мм. Таким образом, выигрыш по создаваемым деформаци м составит по сравнению с прототипом Ј 5 раз.version Ra - the radius of the ring in the prototype. For LTN-90 type CLG with a perimeter of 30 cm, mm, RI can be made Ri i 6 mm. Thus, the gain in the created deformations will be Ј 5 times in comparison with the prototype.

Таким образом, смысл данного технического решени  заключаетс  в том, что виб- рсгподвес фактически образуетс  за счет наличи  перемычек между отверсти ми (лопастей ) цельного моноблока, т.е. отсутствует разность КТР материалов виброподвеса и моноблока и, следовательно, не возникает термонапр жений. Зона сопр жени  моноблока с опорой при этом имеет существенно меньшие линейные размеры, чем при наличии виброподвеса радиуса R как в прототипе . Касание моноблока с опорой при этом происходит в центре симметрии всех отверстий , который в оптимальном случае долженThus, the meaning of this technical solution lies in the fact that the vibro-suspension is actually formed due to the presence of jumpers between the holes (blades) of the one-piece monoblock, i.e. there is no KTP difference between the materials of the vibro-suspension and the monoblock and, therefore, there is no thermal stress. The contact area of the monoblock with the support in this case has significantly smaller linear dimensions than in the presence of a vibro-suspension of radius R as in the prototype. The contact of the monoblock with the support occurs in the center of symmetry of all the holes, which should optimally

совпадать с осью симметрии моноблока иcoincide with the axis of symmetry of the monoblock and

центром инерции. Вследствие этого сущест . венно уменьшаютс  и симметризуютс  передаваемые на моноблок напр жени  и, следовательно, повышаетс  термостабильность оптического контура КЛГ.center of inertia. As a result of this being. The voltages transmitted to the monoblock are substantially reduced and symmetrized, and therefore, the thermal stability of the optical KLG circuit is increased.

Известно, что масштабный коэффициент КЛГ имеет нелинейный характер. След- 0 ствием этого  вл етс  зависимость точности КЛГ (дрейфа) от амплитуды (а также формы и частоты) угловой частотной подставки . Это накладывает требовани  на стабильность амплитудно-частотных.харак5 теристик упругого элемента и симметрию угловых колебаний (амплитуду подставки) относительно положени  равновеси .It is known that the scale factor of CLG is non-linear. A consequence of this is the dependence of the accuracy of the KLG (drift) on the amplitude (as well as the shape and frequency) of the angular frequency base. This imposes requirements on the stability of the amplitude-frequency characteristics of the elastic element and the symmetry of the angular oscillations (amplitude of the stand) with respect to the equilibrium position.

С этой целью в данном техническом решении моноблок изготавливают с дополни0 тельными отверсти ми идентичной формы, расположенными симметрично относительно точки прикреплени  к опоре и самого моноблока. Пружин щие параллельные участки перемычек между отверсти ми распо5 ложены при этом также симметрично относительно точки закреплени  и моноблока .For this purpose, in this technical solution, the monoblock is made with additional holes of identical shape, located symmetrically with respect to the attachment point to the support and the monoblock itself. The parallel parallel spring sections between the holes 5 are also located symmetrically with respect to the fixing point and the monoblock.

Кроме симметризации угловых колебаний , это симметрирует также и тепловойIn addition to the symmetrization of angular oscillations, this also balances the thermal

0 поток между моноблоком и опорой (корпусом гироскопа). Следовательно, изменение размеров моноблока в процессе его разогрева после включени  или при изменении внешних условий, а также тепловые процес5 сы массопереноса в газовой активной среде , будет протекать более равномерно, без нарушени  формы оптического контура и возникновени  в газовой среде эффекта Ленгмюра. Хот  конкретные оценки здесь0 flow between the monoblock and the support (gyroscope case). Consequently, the change in the size of the monoblock during its heating after switching on or when the external conditions change, as well as the thermal processes of mass transfer in the gas active medium, will proceed more uniformly, without disturbing the shape of the optical circuit and causing the Langmuir effect in the gas medium. Although specific estimates are here

0 привести трудна, однако очевидно, что положительный эффект повышени  точности имеет место.It is difficult to give, but it is obvious that the positive effect of increasing accuracy is taking place.

Изготовление р да дополнительных отверстий , имеющих одинаковую форму, уп5 рощает конструкцию моноблока, так как одинаковые отверсти  более технологичны при изготовлении.The manufacture of a number of additional holes having the same shape simplifies the design of the monoblock, since the same holes are more technological in manufacturing.

Дл  оценки реальных жесткостных параметров перемычек моноблока по предла0 гаемому техническому решению представим изображенную на фиг.1 четы- рехлопастную конструкцию как соединенные параллельно четыре жестко заделанные (к корпусу гироскопа) однимTo assess the real stiffness parameters of the monoblock jumpers according to the proposed technical solution, we present the four-blade design shown in Fig. 1 as four rigidly connected parallel to the gyroscope body connected in parallel with one

5. концом балки сечени  bxh и длиной I, с модулем упругости Е и допустимым напр жением и , свободные концы которых нагружены массой m (моноблоком). При ма лой амплитуде колебаний массы т, когда их можно Считать пр молинейными, известна5. by the end of the beam of section bxh and length I, with elastic modulus E and permissible stress u, the free ends of which are loaded with mass m (monoblock). With a small amplitude of oscillations of mass m, when they can be considered linear, it is known

формула дл  частоты f колебаний такой системы:the formula for the frequency f of oscillations of such a system:

1 k v4 f - - ( - ) , где m - колеблюща с 1 k v4 f - - (-), where m is oscillating with

масса, к - коэффициент упругости системы из четырех балок. Из теории сопротивлени  материалов известны формулы дл  расчета коэффициента упругости такой системы: kmass, k — coefficient of elasticity of a system of four beams. From the theory of resistance of materials, formulas are known for calculating the coefficient of elasticity of such a system: k

3EI i-з.3EI i-s.

, где Iwhere i

bhjbhj

момент инерцt-o . 12moment of inert-o. 12

ни  балки. Таким образом, частота ний такой упругой системы балок:not a beam. Thus, the frequency of such an elastic system of beams:

, 1-., 12Е1 чу& , 1-., 12E1 chu &

2п2p

((

mljmlj

))

Приведем данные дл  инвара и кварца.We give the data for Invar and Quartz.

ИОAND ABOUT

кг/м2, кг/м2,kg / m2, kg / m2,

аДл  инвара: ,510 3,0-107 кг/м2;For Invar: 510, 3.0-107 kg / m2;

дл  кварца: ,5-109 -1,2-ТО7 кг/м2.for quartz: 5-109 -1.2-TO7 kg / m2.

Дл  конструкции балок, близкой к реальным параметрам виброподвеса КЛ Г типа LTN-90,b « 30мм, h 3 мм, мм, m 0,5 кг, частота колебаний инварового виброподвеса составит time «210 Гц. Аналогичную частоту можно получить на кварцевых балках (перемычках) меньших габаритов: мм (вместо мм дл  инвара ) fKBapn 200 Гц.For a beam structure close to the real parameters of the KL G vibro-suspension, type LTN-90, b "30 mm, h 3 mm, mm, m 0.5 kg, the oscillation frequency of the Invar vibro-suspension will be time" 210 Hz. A similar frequency can be obtained on smaller quartz beams (jumpers): mm (instead of mm for invar) fKBapn 200 Hz.

Дл  создани  эффективной частотной подставки необходимо обеспечить угловые колебани  моноблока на несколько угловых минут и при этом не должно нарушатьс  условие прочности:In order to create an effective frequency stand, it is necessary to ensure the angular oscillations of the monoblock for several angular minutes and the strength condition must not be violated:

M W а,M W a

где М д т - момент, возникающийwhere M d t - the moment that occurs

при изгибе балки на угол р :. . а- допустимое напр жение;when bending the beam at an angle p:. . a - permissible voltage;

WW

bhbh

- момент сопротивлени  сечени  балки.is the moment of resistance of the beam section.

Дл  указанных выше параметров виброподвеса и перемычки отношение запасаFor the above parameters of vibro-suspension and jumper, the reserve ratio

N-ff прочности % -ini- при амплитуде вибрации 1 угл.мин составит: дл  инвара % 2,3 10 2: дл  кварца % 1.4 102N-ff strength% -ini- at a vibration amplitude of 1 arcmin will be: for Invar% 2,3 10 2: for Quartz% 1.4 102

т .е. в обоих случа х конструкции удовлетвор ют требованию по прочности с запасом более чем в 100 раз.i.e. in both cases, the structures satisfy the strength requirement with a margin of more than 100 times.

С точки зрени  изготовлени  указанных 5 КЛГ, моноблочна  конструкци  с едиными перемычками также более предпочтительна , так как по сравнению со вставным виброподвесом выполн етс  за счет тех же операций сверлени  и фрезеровани  моно10 блока в едином техпроцессе его изготовлени , тогда как вставной виброподвес обычно имеет сложную форму и требует при изготовлении электроэрозионной обработки . :From the point of view of manufacturing the indicated 5 CLGs, a monoblock design with single jumpers is also more preferable, as compared to an inserted vibro-suspension, it is performed due to the same drilling and milling operations of a mono-10 block in a single manufacturing process, whereas an inserted vibro-suspension usually has a complex shape and requires in the manufacture of electrical discharge machining. :

15 Заметим также, что система отверстий в моноблоке КЛГ, сформированна  по данному техническому решению, образует упругие лопасти на всю толщину (высоту) моноблока, при этом достигаетс  макси20 мальна  жесткость дл  паразитных (конических ) колебаний относительно осей, не совпадающих с осью чувствительности моноблока (КГЛ).15 We also note that the system of holes in the KLG monoblock, formed according to this technical solution, forms elastic blades for the entire thickness (height) of the monoblock, while maximum stiffness is achieved for parasitic (conical) vibrations with respect to the axes that do not coincide with the sensitivity axis of the monoblock ( KGL).

Claims (1)

Наличие участков моноблока между до25 полнительными отверсти ми, имеющих параллельные друг другу стенки, позвол ет использовать их дл  формировани  пьезод- вигател , создающего угловую вибрацию моноблока. С этой целью на противополож30 ные стенки плоских перемычек между отверсти ми наклеивают пьезокерамические пластины. Подобна  биморфна  структура при подаче на нее электрического напр жени  способна изгибатьс . Создание пьезод35 вигател  на неплоских поверхност х трудновыполн мо и малоэффективно. Формула изобретени  Лазерный гироскоп, содержащий кольцевой лазере резонатором, выполненным вThe presence of monoblock sections between 25 additional holes having walls parallel to each other allows using them to form piezoelectric motors creating angular vibration of the monoblock. To this end, piezoceramic plates are glued to the opposite walls of the flat bridges between the holes. A similar bimorph structure, when applied to it, is capable of bending. The creation of piezod35 actuators on non-planar surfaces is difficult and ineffective. SUMMARY OF THE INVENTION A laser gyroscope comprising a ring laser with a resonator made in 40 виде моноблока, с выходной оптической системой и с упругой опорой, закрепленной на основании гироскопа, причем упруга  опора имеет не менее двух идентичных отверстий , расположенных внутри оптическо45 го контура симметрично относительно места закреплени  моноблока, оси отверстий параллельны оси чувствительности гироскопа , перемычки между соседними отверсти ми имеют участки с параллельны50 ми одна другой стенками отличающий- с   тем, что, с целью снижени  температурного дрейфа от разности коэффициентов температурного расширени  и усреднени  св зи встречных волн, моноблок и упруга 40 in the form of a monoblock, with an output optical system and with an elastic support mounted on the basis of the gyroscope, the elastic support having at least two identical holes located symmetrically inside the optical circuit 45 relative to the location of the monoblock, the axis of the holes parallel to the axis of sensitivity of the gyroscope, jumpers between adjacent holes we have sections with parallel walls to each other, characterized in that, in order to reduce the temperature drift from the difference in the coefficients of thermal expansion and sredneni communication counterpropagating waves, and resilient monoblock 55 опора выполнены монолитными.55 support made monolithic. 11 66 NN шw Фиг.1Figure 1
SU4824274 1990-05-07 1990-05-07 Laser gyroscope RU1820214C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4824274 RU1820214C (en) 1990-05-07 1990-05-07 Laser gyroscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4824274 RU1820214C (en) 1990-05-07 1990-05-07 Laser gyroscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1820214C true RU1820214C (en) 1993-06-07

Family

ID=21513678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4824274 RU1820214C (en) 1990-05-07 1990-05-07 Laser gyroscope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1820214C (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487317C1 (en) * 2012-02-09 2013-07-10 Открытое акционерное общество "Раменский приборостроительный завод" (ОАО "РПЗ") Laser gyroscope resonator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Привалов В.Е, Газоразр дные лазеры в судовых измерительных комплексах. -Л.: Судостроение, 1977, с. 126-127. 2. Патент US № 4847855, кл. Н 01 S 3/083. НКИ 372/94, 1989. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487317C1 (en) * 2012-02-09 2013-07-10 Открытое акционерное общество "Раменский приборостроительный завод" (ОАО "РПЗ") Laser gyroscope resonator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5962786A (en) Monolithic accelerometric transducer
US4872342A (en) Translational accelerometer and accelerometer assembly method
USRE32931E (en) Vibratory angular rate sensor system
US7100444B2 (en) Isolated resonator gyroscope
US4899587A (en) Method for sensing rotation using vibrating piezoelectric elements
JP4343273B2 (en) Temperature insensitive silicon oscillator and precision voltage reference formed therefrom
US4349183A (en) Spring for a ring laser gyro dither mechanism
US20010001928A1 (en) Vibrators, vibratory gyroscopes, devices for measuring a linear acceleration and a method of measuring a turning angular rate
US4779985A (en) Dither suspension for ring laser gyroscope and method
US4790657A (en) Ring laser gyroscope curved blade flexure and support ring assembly and method
US20040226370A1 (en) Electrostatic spring softening in redundant degree of freedom resonators
US6308568B1 (en) Angular velocity sensor
KR100361118B1 (en) Vibrator for detecting angular velocities about two axes and vibrating gyroscope having the same
RU1820214C (en) Laser gyroscope
RU2210737C2 (en) Three-axes laser precision gyroscope symmetric with reference to its drive axis
EP0273048B1 (en) Translational accelerometer
US5108180A (en) Dither arrangements
US8619262B2 (en) Device and method for vibrating a solid amplification member within a gyrolaser
US5326163A (en) Dither apparatus
US5932805A (en) Multisensor with directly coupled rotors
KR100210707B1 (en) Vibration gyroscope
JPS6018981A (en) Ring laser gyroscope assembly
WO2007058565A1 (en) Micromechanical oscillating gyroscope
Harrison et al. Piezoelectric ceramics for high reliability ring laser gyros
JPH0587574A (en) Vibration gyroscope