RU2079141C1

RU2079141C1 - Object absolute linear velocity transducer

Info

Publication number: RU2079141C1
Application number: RU92000480A
Authority: RU
Inventors: Андрей Викторович Бабиченко
Original assignee: Андрей Викторович Бабиченко
Priority date: 1992-10-14
Filing date: 1992-10-14
Publication date: 1997-05-10

Abstract

FIELD: navigation and control of moving objects. SUBSTANCE: object absolute linear velocity transducer uses two identical lasers with linear resonators installed in alignment opposite each other with the semi-transparent reflectors, optical mixer, photodetector, data processing unit. The optical mixer is made in the form of a prism. EFFECT: improved design. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к навигации и управлению подвижными объектами, преимущественно к системам и комплексам навигации, управления, стабилизации летательных аппаратов. The invention relates to navigation and control of moving objects, mainly to systems and complexes of navigation, control, stabilization of aircraft.

Известно устройство для измерения абсолютной линейной скорости объекта, содержащее два лазера с линейными резонаторами, установленными соосно полупрозрачными отражателями навстречу друг другу, оптический смеситель, расположенный между лазерами, фотоприемное устройство, блок обработки информации. A device for measuring the absolute linear velocity of an object is known, comprising two lasers with linear resonators mounted coaxially with translucent reflectors facing each other, an optical mixer located between the lasers, a photodetector, and an information processing unit.

Известное устройство имеет следующие недостатки: частота биений интерференционной картины пропорциональна ускорению (или приращено скорости), следовательно, для определения полной скорости объекта необходимо осуществлять интегрирование; крутизна выходной характеристики является малой величиной, пропорциональной линейным размерам оптического контура, по которому происходит распространение волн; большие линейные размеры устройства, обусловленные тем, что для его функционирования необходимо наличие вне генератора протяженного оптического контура, в котором реализуется релятивистский (доплеровский) эффект. The known device has the following disadvantages: the beat frequency of the interference pattern is proportional to the acceleration (or speed increment), therefore, to determine the full speed of the object, it is necessary to integrate; the steepness of the output characteristic is a small value proportional to the linear dimensions of the optical circuit along which the wave propagates; large linear dimensions of the device, due to the fact that for its functioning it is necessary to have an extended optical circuit outside the generator in which the relativistic (Doppler) effect is realized.

Технический результат изобретения увеличение крутизны выходной характеристики и уменьшение габаритов. The technical result of the invention is an increase in the steepness of the output characteristic and a decrease in size.

Указанный технический результат достигается тем, что в датчике, включающем два лазера с линейными резонаторами, установленными соосно полупрозрачными отражателями навстречу друг другу, оптический смеситель, расположенный между лазерами, фотоприемное устройство, блок обработки информации, лазеры с линейными резонаторами являются идентичными по отношению друг к другу. Кроме того, оптический смеситель выполнен в виде призмы с углом (90^°+ε), где ε малый угол между отражающими гранями, расположенный так, что биссекторная плоскость этого двугранного угла перпендикулярна оси лазерных резонаторов.The indicated technical result is achieved in that in a sensor including two lasers with linear resonators mounted coaxially with translucent reflectors facing each other, an optical mixer located between the lasers, a photodetector, an information processing unit, lasers with linear resonators are identical with respect to each other . In addition, the optical mixer is made in the form of a prism with an angle (90 ^° + ε), where ε is a small angle between the reflecting faces, located so that the bisector plane of this dihedral angle is perpendicular to the axis of the laser resonators.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 вариант принципиальной схемы. In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed sensor; in FIG. 2 version of the concept.

Датчик абсолютной линейной скорости (ДАЛС) объекта содержит два идентичных лазера 1 с линейными оптическими резонаторами, установленными в корпусе и ориентированными полупрозрачными отражателями 2 навстречу друг другу, оптический смеситель 3, установленный между полупрозрачными отражателями 2 лазеров, фотоприемное устройство 4, которое преобразует электромагнитную энергию, поступающую от смесителя в электрические сигналы, блок 5 обработки информации, который выделяет информацию о параметрах абсолютного линейного движения объекта. The absolute linear velocity sensor (DALS) of the object contains two identical lasers 1 with linear optical resonators installed in the casing and oriented translucent reflectors 2 towards each other, an optical mixer 3 mounted between the translucent reflectors 2 of the lasers, a photodetector 4 that converts electromagnetic energy, coming from the mixer into electrical signals, the information processing unit 5, which extracts information about the parameters of the absolute linear motion of the object.

Два идентичных лазера 1 генерирует электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль оси X, как в прямом (положительном) направлении, так и в обратном (отрицательном). Если ДАЛС неподвижен в инерциальном пространстве, то лазеры генерируют волны, частоты которых в прямом и обратном направлениях одинаковы. Two identical lasers 1 generates electromagnetic waves propagating along the X axis, both in the forward (positive) direction and in the opposite (negative) direction. If DALS is stationary in inertial space, then the lasers generate waves whose frequencies in the forward and reverse directions are the same.

Движение ДАЛС с абсолютной линейной скоростью

относительно инерциальной системы координат приводи к тому, что за время

прохода длины L линейного оптического резонатора в неподвижной системе координат путь луча относительно неподвижного (инерциального) пространства составит величину

Здесь индекс "I" и знак "+" соответствуют лучу, распространяющемуся в прямом направлении, а индекс "2" и знак "-" соответствуют лучу, распространяющемуся в обратном направлении.DALS movement with absolute linear speed

relative to the inertial coordinate system, lead to the fact that over time

the passage of the length L of the linear optical resonator in a fixed coordinate system, the path of the beam relative to the fixed (inertial) space will be

Here, the index “I” and the sign “+” correspond to a ray propagating in the forward direction, and the index “2” and the sign “-” correspond to a ray propagating in the reverse direction.

Для регистрации разности частот часть энергии встречных волн выводят из резонаторов лазеров ДАЛСа. Так как лазеры установлены полупрозрачными отражателями навстречу друг другу, то из одного резонатора выводится "прямая" волна с частотой ν₁, а из другого резонатора (на фиг. правого) выводится "обратная" волна с частотой ν₂. Эти волны попадают на оптический смеситель, который может быть выполнен в виде, например, призмы (см. фиг.2) с углом 90^°+ε между отражающими гранями, расположенной так, что биссекторная плоскость у этого двугранного угла перпендикулярна оси X резонаторов и равноудалена от их отражателей. Встречные волны, выходя из своих резонаторов, отражаются от граней смесителя 3 и попадают на фотоприемное устройство 4, образуя между собой малый угол 2ε. В области чувствительности фотоприемного устройства образуется интерференционная картина, положение которой зависит от мгновенной разности фаз встречных волн. Фотоприемное устройство может быть выполнено в виде двух фотоприемников.To register the frequency difference, part of the energy of the counterpropagating waves is removed from the DALS laser resonators. Since the lasers are mounted translucent reflectors towards each other, then a “direct” wave with a frequency ν ₁ is output from one resonator, and a “back” wave with a frequency ν ₂ is output from another resonator (in the right one). These waves fall on an optical mixer, which can be made, for example, in the form of a prism (see Fig. 2) with an angle of 90 ^° + ε between the reflecting faces, located so that the bisector plane at this dihedral angle is perpendicular to the X axis of the resonators and is equidistant from their reflectors. Counterpropagating waves, coming out of their resonators, are reflected from the edges of the mixer 3 and fall on the photodetector 4, forming a small angle 2ε between themselves. An interference pattern is formed in the sensitivity region of the photodetector, the position of which depends on the instantaneous phase difference of the opposing waves. The photodetector can be made in the form of two photodetectors.

При неподвижном (в инерциальном пространстве) ДАЛСе интерференционная картина неподвижна и переменные составляющие сигналов с выходов фотоприемников равны нулю. Движение лазеров (т.е. ДАЛСа) приводит к тому, что интерференционные полосы начинают перемещаться относительно фотоприемников со скоростью, пропорциональной частоте биений Dn, при этом переменные составляющие сигналов фотоприемников будут меняться с частотой биений встречных волн. Знак переменной составляющей сигнала первого фотоприемника не зависит от направления перемещения полос, а знак переменной составляющей сигнала второго фотоприемника меняется на противоположный при смене направления движения объекта, на котором установлен ДАЛС. When the DALS is stationary (in inertial space), the interference pattern is fixed and the variable components of the signals from the outputs of the photodetectors are equal to zero. The movement of lasers (i.e., DALS) causes the interference bands to begin to move relative to the photodetectors at a speed proportional to the beat frequency Dn, while the variable components of the photodetector signals will change with the beat frequency of the counterpropagating waves. The sign of the variable component of the signal of the first photodetector does not depend on the direction of movement of the bands, and the sign of the variable component of the signal of the second photodetector is reversed when the direction of movement of the object on which the DALS is installed is changed.

Соответствующим образом обрабатывая сигналы фотоприемников в блоке 5 обработки информации, выделяют информацию о величине и знаке проекции на ось X абсолютной скорости объекта, на котором установлен датчик абсолютной линейной скорости. Appropriately processing the signals of the photodetectors in the information processing unit 5, information on the magnitude and sign of the projection onto the X axis of the absolute speed of the object on which the absolute linear velocity sensor is mounted is extracted.

Claims

1. The absolute linear velocity sensor of the object, including two lasers with linear resonators mounted coaxially with translucent reflectors towards each other, an optical mixer located between the lasers, a photodetector, an information processing unit, characterized in that the lasers with linear resonators are identical in relation to each other to friend.

2. The absolute linear velocity sensor of the object according to claim 1, characterized in that the optical mixer is made in the form of a prism with an angle (90 ^° + ε), where ε is a small angle between the reflecting faces, located so that the bisector plane of this dihedral angle is perpendicular axis of laser resonators.