RU2746847C1 - Способ создания знакопеременной частотной подставки в зеемановском лазерном гироскопе - Google Patents
Способ создания знакопеременной частотной подставки в зеемановском лазерном гироскопе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746847C1 RU2746847C1 RU2020135944A RU2020135944A RU2746847C1 RU 2746847 C1 RU2746847 C1 RU 2746847C1 RU 2020135944 A RU2020135944 A RU 2020135944A RU 2020135944 A RU2020135944 A RU 2020135944A RU 2746847 C1 RU2746847 C1 RU 2746847C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gaps
- active medium
- magnetic field
- laser gyroscope
- discharge
- Prior art date
Links
Images
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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Разработан способ создания знакопеременной частотной подставки в зеемановском лазерном гироскопе, включающий возбуждение встречными электрическими токами разрядов в двух промежутках активной среды, на которые наложено продольное магнитное поле, при этом на промежутки активной среды накладывают магнитное поле с помощью постоянных магнитов, магнитные поля которых в промежутках активной среды с разным знаком поляризации имеют одинаковое направление, а в промежутках активной среды с одинаковым знаком поляризации - противоположные направления при обходе контура, при этом токи разрядов модулируют в противофазе знакопеременным сигналом при постоянстве их суммы. Технический результат - уменьшение тепловыделения в невзаимном устройстве зеемановского лазерного гироскопа. 2 ил.
Description
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Знакопеременная частотная подставка используется в лазерных гироскопах для преодоления эффекта синхронизации встречных волн при малых угловых скоростях (эффекта «захвата») [1].
Известен способ создания знакопеременной частотной подставки в кольцевом лазере с линейной поляризацией [2]. Путем противофазной модуляции тока разряда в газоразрядных промежутках кольцевого лазера создается различие коэффициентов усиления в газоразрядных промежутках и вследствие эффекта Ленгмюра возникает знакопеременная разность частот встречных волн - знакопеременная частотная подставка.
Недостатком данного способа является малая величина амплитуды частотной подставки.
Также известен способ создания частотной подставки в зеемановском лазерном гироскопе (ЗЛГ) с применением невзаимного устройства на основе постоянного магнита, напряженность которого обеспечивает наименьшую чувствительность к изменению магнитных полей и максимальную амплитуду частотной подставки. Достоинством ЗЛГ с постоянным магнитом по сравнению с ЗЛГ со знакопеременной частотной подставкой осуществленной катушкой является уменьшение потребляемой энергии, тепловыделения, времени готовности ЗЛГ и его себестоимости [3].
Недостатком данного способа является невозможность осуществления знакоперенной частотной подставки с целью компенсации ошибок измерения вращения ЗЛГ вызванными внешними воздействиями и нестабильностью напряженности магнитного поля магнита.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ создания знакопеременной частотной подставки в зеемановском лазерном гироскопе, включающий возбуждение встречными электрическими токами разрядов в двух промежутках активной среды на которые наложено продольное магнитное поле [4]. Направления магнитного поля в активной среде периодически реверсируются путем изменения знака тока в катушках невзаимного устройства с целью исключения постоянной составляющей частотной подставки и выделения сигнала, обусловленного вращением ЗЛГ. Величина тока невзаимного устройства и количество витков катушки определяют величину магнитного поля на активной среде и, соответственно, величину амплитуды частотной подставки. Типичная величина частотной подставки необходимой для преодоления явления «захвата» составляет 40-60 кГц [5].
Недостатком этого способа является большое тепловыделение в невзаимном устройстве, сравнимое с энергией, выделяемой в газоразрядном промежутке ЗЛГ [6]. Это приводит к повышению токового дрейфа нуля частотной характеристики ЗЛГ и ухудшению его точности [7].
Задачей данного способа является уменьшение тепловыделения в невзаимном устройстве ЗЛГ.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе создания знакопеременной частотной подставки в зеемановском лазерном гироскопе, включающем возбуждение встречными электрическими токами разрядов в двух промежутках активной среды, на которые наложено продольное магнитное поле, на промежутки активной среды накладывают магнитное поле с помощью постоянных магнитов, магнитные поля которых в промежутках активной среды с разным знаком поляризации имеют одинаковое направление, а в промежутках активной среды с одинаковым знаком поляризации - имеют противоположные направления при обходе контура, при этом токи разрядов модулируют в противофазе знакопеременным сигналом при постоянстве их суммы.
Сущность изобретения
Знакопеременная частотная подставка возникает за счет того, что на газоразрядные промежутки активной среды накладывается поле постоянных магнитов, магнитные поля которых в промежутках активной среды с разным знаком поляризации имеют одинаковое направление, а в промежутках активной среды с одинаковым знаком поляризации - имеют противоположные направления при обходе контура. Это создает разное по знаку изменение показателя преломления активной среды в газоразрядных промежутках. В результате при одинаковых токах в газоразрядных промежутках разность частот встречных волн отсутствует. Для создания частотной подставки (разности частот встречных волн) токи разрядов модулируют в противофазе знакопеременным сигналом при постоянстве их суммы.
Зависимость токов в плечах ЗЛГ, изменения показателей преломления в плечах и результирующая частотная подставка представлены на фиг.1, где:
t - время, с.
Δi1 - изменение тока в первом газоразрядном промежутке активной среды при его тока, А.
Δn1 - изменение показателя преломления в первом газоразрядном промежутке активной среды, отн. ед.
Δi2 - изменение тока во втором газоразрядном промежутке активной среды при его модуляции, А.
Δn2 - изменение показателя преломления во втором газоразрядном промежутке активной среды, отн. ед.
Δn1-Δn2 - разность изменений показателей преломления в первом и втором газоразрядных промежутках, отн. ед.
F - результирующая амплитуда частотной подставки в активной среде, Гц.
Зависимость направления магнитного поля и тока в газоразрядных промежутках от положения в резонаторе ЗЛГ показана на фиг.2, где:
На фиг.2А, показана взаимная ориентация токов, направлений магнитного поля в промежутках активной среды с разным знаком поляризации.
На фиг.2Б, показана взаимная ориентация токов, направлений магнитного поля в промежутках активной среды с одинаковым знаком поляризации.
Из фиг.1 и 2, следует, что в предложенном способе возникает разность частот встречных волн, изменяющая знак в каждом полупериоде модуляции амплитуды токов в газоразрядных промежутках.
Благодаря высокой магнитной индукции постоянных магнитов можно получить амплитуду частотной подставки сравнимую или большую по сравнению с прототипом в тех же габаритах [3].
Проведем оценку снижения тепловыделения в невзаимном устройстве ЗЛГ предлагаемого способа по сравнению с прототипом.
В прототипе тепловыделение в невзаимном устройстве ЗЛГ, складывается из тепловыделения на катушке невзаимного устройства Qc и тепловыделение на газовом разряде QD и описывается по формуле
Q=Qc+Qd, где
Q - тепловыделение в невзаимном устройстве ЗЛГ, Вт
Qc - тепловыделение в катушке невзаимного устройства, Вт.
QD - тепловыделение в разряде невзаимного устройства, Вт.
Qc=Ic 2Rc, где
Ic - сила тока в катушке невзаимного устройства, А. Ic=0,5 А [6].
Rc - сопротивление одной катушки невзаимного устройства, Ом. Rc=1,25 Ом [6].
Qd=IDUD, где
ID - сила тока в газовом разряде, мА. ID=1,2 мА [5].
UD - падение напряжения в рабочем газоразрядном промежутке, В. UD=175 В [6].
Рассчитаем тепловыделение в невзаимном устройстве прототипа, а также тепловыделения в катушке невзаимного устройства прототипа и в газовом разряде прототипа:
Qc=0,31 Вт.
QD=0,21 Вт.
Q=0,51 Вт.
В предложенном способе из-за того, что частотная подставка создается благодаря наложению на активную среду поля постоянных магнитов, тепловыделение в невзаимных устройствах ЗЛГ за счет катушки невзаимного устройства Qc отсутствует. Поэтому в предлагаемом способе тепловыделение Q в невзаимном устройстве ЗЛГ будет определяться только тепловыделением в газовом разряде QD. Тепловыделение в газовом разряде в предложенном способе совпадает по значению с тепловыделением в газовом разряде у прототипа и равняется 0,21 Вт.
Сравнение показывает, что тепловыделение в невзаимном устройстве предлагаемого способа уменьшится на 61% по сравнению с тепловыделением в невзаимном устройстве прототипа.
Источники информации
1. Болотов, С.А. Лазерные информационно-измерительные системы; Учебное пособие. 4.1. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2005. - 44 с. - ISBN 5-7038-2657-8.
2. Виноградов В.И., Захаров М.В., Таушан Б.Α. «Лазерный гироскоп с естественным элементом», Авиакосмическое приборостроение, 2006, №10, с. 23-27.
3. Патент RU 2688952С1 РФ G01C 19/64, Способ измерения угловых перемещений зеемановским лазерным гироскопом/, Савельев И.И. Кудрявцев А.С., заявитель и патентообладатель АО НИИ «Полюс им. М.Ф. Стельмаха», заявл. 12.11.18; опубликовано 23.05.19-5.
4. Азарова В.В., Голяев Ю.Д., Савельев И.И. Зеемановские лазерные гироскопы // Квантовая электроника. - 2015. - Т. 45. - Вып. №2. - С.171-179.
5. Синельников, А.О. Влияние температуры внешней среды и саморазогрева на выходные характеристики зеемановских лазерных датчиков вращения: дис. канд. физ. мат.наук: 05.27.03: защищена 22.01.15 / Синельников Антон Олегович. - М., 2016. - 120 с.
6. Abaturov V.V., Saveliev I.I., Skopin С.A. Thermal model of Zeeman ring laser // International Seminar on Electronic Devices Design Production (SED). DOI: 10.1109/SED.2019.8798439 - 2019.
7. Кудрявцев A.C., Савельев И.И., Савченко H.A. Кольцевой зеемановский лазер с постоянной частотной подставкой // Специальный выпуск журнала физическое образование в вузах, 2019. Т. 25. - №2С. С.235-238.
Claims (1)
- Способ создания знакопеременной частотной подставки в зеемановском лазерном гироскопе, включающий возбуждение встречными электрическими токами разрядов в двух промежутках активной среды, на которые наложено продольное магнитное поле, отличающийся тем, что на промежутки активной среды накладывают магнитное поле с помощью постоянных магнитов, магнитные поля которых в промежутках активной среды с разным знаком поляризации имеют одинаковое направление, а в промежутках активной среды с одинаковым знаком поляризации - противоположные направления при обходе контура, при этом токи разрядов модулируют в противофазе знакопеременным сигналом при постоянстве их суммы.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135944A RU2746847C1 (ru) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Способ создания знакопеременной частотной подставки в зеемановском лазерном гироскопе |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135944A RU2746847C1 (ru) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Способ создания знакопеременной частотной подставки в зеемановском лазерном гироскопе |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2746847C1 true RU2746847C1 (ru) | 2021-04-21 |
Family
ID=75584773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020135944A RU2746847C1 (ru) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Способ создания знакопеременной частотной подставки в зеемановском лазерном гироскопе |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2746847C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102506846A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-06-20 | 中国航空工业第六一八研究所 | 塞曼激光陀螺色散控制方法 |
| RU2531027C1 (ru) * | 2013-04-19 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") | Способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом со знакопеременной частотной подставкой |
| RU2531028C1 (ru) * | 2013-04-19 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") | Способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом |
-
2020
- 2020-11-02 RU RU2020135944A patent/RU2746847C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102506846A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-06-20 | 中国航空工业第六一八研究所 | 塞曼激光陀螺色散控制方法 |
| RU2531027C1 (ru) * | 2013-04-19 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") | Способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом со знакопеременной частотной подставкой |
| RU2531028C1 (ru) * | 2013-04-19 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") | Способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Азарова В.В., Голяев Ю.Д., Савельев И.И. Зеемановские лазерные гироскопы. Квантовая электроника, 45, N 2 (2015), стр. 171-179. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2682766B1 (en) | Power measuring apparatus | |
| US9329039B2 (en) | Non-magnetic azimuth sensing with MET electrochemical sensors | |
| US9618362B2 (en) | Self-calibrating nuclear magnetic resonance (NMR) gyroscope system | |
| JP6162893B2 (ja) | 回転速度の均一影響下での干渉型光ファイバジャイロスコープ（ｉｆｏｇ）の瞬間ゼロ回転速度電圧の動的な監視及び導出 | |
| US7817284B2 (en) | Interferometric fiber optic gyroscope with off-frequency modulation signals | |
| Li et al. | Lorentz force magnetometer using a micromechanical oscillator | |
| JP2016099291A (ja) | 電流検出装置 | |
| CN102607589A (zh) | 基于双频调制信号的光纤陀螺仪角速度测量方法及装置 | |
| Fairweather et al. | A vector rubidium magnetometer | |
| RU2746847C1 (ru) | Способ создания знакопеременной частотной подставки в зеемановском лазерном гироскопе | |
| Chen et al. | Suppression of self-noise and environmental disturbances by fusion in fiber-optic gyroscopes for precision measurement | |
| JPH05508221A (ja) | 変調切換えを伴なう干渉計信号解析 | |
| RU2695761C1 (ru) | Способ уменьшения магнитного дрейфа зеемановских лазерных гироскопов | |
| JPH0743263B2 (ja) | 位相変調方式光ファイバジャイロ | |
| Sonmezoglu et al. | Off-resonance operation of a MEMS Lorentz force magnetometer with improved thermal stability of the scale factor | |
| Chen et al. | A phase modulation method for improving the scale factor stability of fiber-optic gyroscope | |
| RU2687169C1 (ru) | Динамически настраиваемый гироскоп | |
| RU2523945C1 (ru) | Кварцевый генератор | |
| RU172111U1 (ru) | Лазерный датчик угловой скорости | |
| JPS6057277A (ja) | 自励式磁気検出方法 | |
| Li et al. | Magnetic sensors based on micromechanical oscillators | |
| RU2401431C1 (ru) | Электромагнитный датчик ускорения | |
| Chin et al. | Extended environmental performance of attitude and heading reference grade fiber optic rotation sensors | |
| Wang et al. | A novel Faraday effect based semi-physical simulation method for bandwidth of fiber-optic gyroscope | |
| CZ2010384A3 (cs) | Zapojení feromagnetické sondy pro merení gradientu magnetického pole |