RU2762951C1 - Method for measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor - Google Patents

Method for measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2762951C1
RU2762951C1 RU2020138724A RU2020138724A RU2762951C1 RU 2762951 C1 RU2762951 C1 RU 2762951C1 RU 2020138724 A RU2020138724 A RU 2020138724A RU 2020138724 A RU2020138724 A RU 2020138724A RU 2762951 C1 RU2762951 C1 RU 2762951C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
angular velocity
laser
capture threshold
velocity sensor
static capture
Prior art date
Application number
RU2020138724A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Александрович Петрухин
Антон Олегович Синельников
Иван Николаевич Хохлов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
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 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority to RU2020138724A priority Critical patent/RU2762951C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2762951C1 publication Critical patent/RU2762951C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: laser equipment.
SUBSTANCE: invention relates to laser equipment, namely, to laser gyroscopy. The method for measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor includes creation of sign-alternating dithering, extraction and processing of information on the frequency of beats of counterrunning waves, determination of the scale coefficient, determination of the difference in the nonlinear distortions of the scale coefficient, and calculation of the static capture threshold by the formula:
Figure 00000015
,
wherein ΩL is the static capture threshold in the laser angular velocity sensor; K1; K2; K3 are the scale coefficients of the laser angular velocity sensor; a, b, c are the coefficients determined based on the approximation of the dependence of the difference in the nonlinear distortions of the scale coefficient on the static capture threshold.
EFFECT: reduction in the time and decrease in the labour intensity of the process of measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor due to the reduction in the amount of data required for calculation and the automation of the measurement process.
1 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии.The invention relates to laser technology, namely to laser gyroscopy.

Известен способ измерения порога статического захвата в лазерном датчике угловой скорости, заключающийся в наложении продольного магнитного поля на активную среду лазера, что создает разность частот встречных волн в отсутствие вращательного движения, эквивалентную угловой скорости вращения датчика. Измеряя ток в соленоидах невзаимного устройства при вхождении в зону статического захвата, определяют порог статического захвата. [1].A known method of measuring the threshold of static capture in a laser sensor of angular velocity, which consists in the imposition of a longitudinal magnetic field on the active medium of the laser, which creates a frequency difference of counterpropagating waves in the absence of rotational motion, equivalent to the angular speed of rotation of the sensor. By measuring the current in the solenoids of a nonreciprocal device when entering the static capture zone, the static capture threshold is determined. [one].

Недостатками данного способа измерения порога статического захвата в лазерном датчике угловой скорости являются: большая погрешность измеряемого порога захвата, вызванная неточностью определения минимального значения тока в соленоидах невзаимного устройства, при котором пропадает разность частот встречных волн и гистерезисными явлениями при входе и выходе кольцевого лазера из зоны захвата.The disadvantages of this method for measuring the static capture threshold in the laser angular velocity sensor are: a large error in the measured capture threshold caused by inaccuracy in determining the minimum current value in the solenoids of a nonreciprocal device, at which the difference in the frequencies of counterpropagating waves disappears and hysteresis phenomena at the entrance and exit of the ring laser from the capture zone ...

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ измерения порога статического захвата в лазерном датчике угловой скорости, включающий создание знакопеременной частотной подставки, выделение и обработку информации о частоте биений встречных волн, и определение масштабного коэффициента. По известным масштабным коэффициентам для различных угловых скоростей вращения получают частотную характеристику. Частотную характеристику аппроксимируют при помощи известной теоретической функции и, по одному из параметров данной функции, определяют порог статического захвата [2].The closest in technical essence to the proposed method is a method for measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor, including creating an alternating frequency bias, extracting and processing information about the beat frequency of counterpropagating waves, and determining the scale factor. The frequency response is obtained from known scale factors for different angular speeds of rotation. The frequency response is approximated using a known theoretical function and, according to one of the parameters of this function, the static capture threshold is determined [2].

Недостатками данного способа измерения порога статического захвата в лазерном датчике угловой скорости являются: длительное время сбора данных, необходимых для корректной аппроксимации частотной характеристики, трудоемкая обработка полученных данных, либо использование специализированного программного обеспечения.The disadvantages of this method for measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor are: long data collection time required for correct approximation of the frequency response, laborious processing of the data obtained, or the use of specialized software.

Задачей изобретения является сокращение времени и уменьшение трудоемкости процесса измерения порога статического захвата в лазерном датчике угловой скорости за счет сокращения количества требуемых для расчета данных и автоматизации процесса измерения.The objective of the invention is to reduce the time and reduce the complexity of the process of measuring the static capture threshold in the laser angular velocity sensor by reducing the amount of data required for the calculation and automating the measurement process.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе измерения порога статического захвата в лазерном датчике угловой скорости, включающем создание знакопеременной частотной подставки, выделение и обработку информации о частоте биений встречных волн, и определение масштабного коэффициента, определяют разность нелинейных искажений масштабного коэффициента и вычисляют порог статического захвата по формуле (1):The problem is solved by the fact that in the known method for measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor, including creating an alternating frequency bias, extracting and processing information about the beat frequency of counterpropagating waves, and determining the scale factor, the difference in the nonlinear distortion of the scale factor is determined and the static threshold is calculated. capture according to the formula (1):

Figure 00000001
Figure 00000001

где:where:

ΩL - порог статического захвата в лазерном датчике угловой скорости;Ω L is the static capture threshold in the laser angular velocity sensor;

К1 - масштабный коэффициент лазерного датчика угловой скорости при угловой скорости вращения Ω1, много большей угловой скорости вращения Ω0, совпадающей с амплитудой знакопеременной частотной подставки;K 1 is the scale factor of the laser angular velocity sensor at an angular velocity of rotation Ω 1 , much greater than the angular velocity of rotation Ω 0 , which coincides with the amplitude of the alternating frequency bias;

К2 - масштабный коэффициент лазерного датчика угловой скорости при угловой скорости вращения Ω2, меньшей угловой скорости вращения Ω0, совпадающей с амплитудой знакопеременной частотной подставки;K 2 is the scale factor of the laser angular velocity sensor at an angular velocity of rotation Ω 2 less than the angular velocity of rotation Ω 0 , which coincides with the amplitude of the alternating frequency bias;

К3 - масштабный коэффициент лазерного датчика угловой скорости при угловой скорости вращения Ω3, меньшей угловой скорости вращения Ω2;K 3 is the scale factor of the laser angular velocity sensor at an angular velocity of rotation Ω 3 less than the angular velocity of rotation Ω 2 ;

а, b, с - коэффициенты, определяемые по аппроксимации зависимости разности нелинейных искажений масштабного коэффициента от порога статического захвата (2):a, b, c - coefficients determined by approximating the dependence of the difference between the nonlinear distortions of the scale factor on the static capture threshold (2):

Figure 00000002
Figure 00000002

Данные зависимости для лазерных датчиков угловой скорости ЗЛК-20 и ЗЛК-16 [3], аппроксимированные соотношением (2), представлены на чертеже, где:These dependences for laser sensors of angular velocity ZLK-20 and ZLK-16 [3], approximated by the relation (2), are shown in the drawing, where:

Figure 00000003
- разность нелинейных искажений масштабного коэффициента;
Figure 00000003
- the difference in nonlinear distortion of the scale factor;

ΩL - порог статического захвата в лазерном датчике угловой скорости.Ω L is the static capture threshold in the laser angular velocity sensor.

Как видно из этой фигуры, коэффициенты а, b, с для лазерных датчиков угловой скорости ЗЛК-20 и ЗЛК-16 [3] значительно отличаются друг от друга по типу датчика. Значения коэффициентов а, b, с приведены в таблице 1.As can be seen from this figure, the coefficients a, b, c for laser angular velocity sensors ZLK-20 and ZLK-16 [3] differ significantly from each other by the type of sensor. The values of the coefficients a, b, c are given in table 1.

Figure 00000004
Figure 00000004

Пример реализации предлагаемого способа. Лазерный датчик угловой скорости фиксируют на поворотном столе, поджигают разряд в резонаторе датчика, накладывают продольное магнитное поле на активную среду лазера (создают знакопеременную частотную подставку). Затем датчик вращают на поворотном столе с угловыми скоростями: Ω1 >> Ω0 (например, 400 град/сек),

Figure 00000005
(на 1 град/сек) и
Figure 00000006
(на 1 град/сек), где Ω0 - угловая скорость вращения, совпадающая с амплитудой знакопеременной частотной подставки. То есть должно соблюдаться следующее неравенство угловых скоростей (3):An example of the implementation of the proposed method. The laser angular velocity sensor is fixed on the turntable, the discharge is ignited in the sensor resonator, a longitudinal magnetic field is applied to the active medium of the laser (an alternating frequency bias is created). Then the sensor is rotated on a turntable with angular velocities: Ω 1 >> Ω 0 (for example, 400 deg / s),
Figure 00000005
(by 1 degree / sec) and
Figure 00000006
(by 1 degree / sec), where Ω 0 is the angular velocity of rotation, which coincides with the amplitude of the alternating frequency bias. That is, the following inequality of angular velocities must be observed (3):

Figure 00000007
Figure 00000007

В процессе вращения датчика выделяют и обрабатывают информацию о частоте биений встречных волн, измеряют масштабные коэффициенты К1, К2, К3, соответственно угловой скорости, приведенные в таблице 2.During the rotation of the sensor, information about the beat frequency of counterpropagating waves is extracted and processed, the scale factors K 1 , K 2 , K 3 are measured, respectively, of the angular velocity, given in Table 2.

Figure 00000008
Figure 00000008

Далее масштабные коэффициенты используют в расчете порога статического захвата по формуле, заявленной в способе: Для ЗЛК-20 (4):Further, the scale factors are used in calculating the static capture threshold according to the formula stated in the method: For ZLK-20 (4):

Figure 00000009
Figure 00000009

Для ЗЛК-16 (5):For ZLK-16 (5):

Figure 00000010
Figure 00000010

Данный способ измерения порога статического захвата в лазерном датчике угловой скорости позволяет значительно (в 2-3 раза) сократить время измерений, уменьшить трудоемкость и автоматизировать процесс измерения порога статического захвата в лазерном датчике угловой скорости.This method of measuring the static capture threshold in the laser angular velocity sensor allows to significantly (2-3 times) reduce the measurement time, reduce the labor intensity and automate the process of measuring the static capture threshold in the laser angular velocity sensor.

Исходные данные были получены в результате обработки статистической информации, основанной на значительном количестве измерений, проведенных на серийных лазерных датчиках угловой скорости.The initial data were obtained as a result of processing statistical information based on a significant number of measurements carried out on serial laser angular velocity sensors.

Достоверность значений порога статического захвата, измеренных описанным выше способом, подтверждается испытаниями на серийных лазерных датчиках угловой скорости.The reliability of the static capture threshold values, measured by the method described above, is confirmed by tests on commercial laser angular velocity sensors.

Источники информации:Sources of information:

1. А.О. Синельников, Е.М. Ермак, А.П. Коржавый. Особенности захвата частот в лазерном гироскопе с частотной подставкой на эффекте Зеемана // Наукоемкие технологии, №10, 2012, с. 40-45.1. A.O. Sinelnikov, E.M. Ermak, A.P. Rusty. Features of frequency capture in a laser gyroscope with a frequency bias on the Zeeman effect. Science-intensive technologies, no. 10, 2012, p. 40-45.

2. С.Е. Бекетов, А.С.Бессонов, Е.А. Петрухин, И.Н. Хохлов, Н.И. Хохлов. Влияние обратного рассеяния на нелинейные искажения масштабного коэффициента лазерного гироскопа с прямоугольной подставкой // Квантовая электроника, том 49, №11, 2019, с. 1059-1067. - прототип2.S.E. Beketov, A.S. Bessonov, E.A. Petrukhin, I.N. Khokhlov, N.I. Khokhlov. The influence of backscattering on nonlinear distortions of the scale factor of a laser gyroscope with a rectangular support // Quantum electronics, vol. 49, no. 11, 2019, p. 1059-1067. - prototype

3. В.В. Азарова, Ю.Д. Голяев, И.И. Савельев. Зеемановские лазерные гироскопы // Квантовая электроника, том 45, №2, 2015, с. 171-179.3. V.V. Azarova, Yu.D. Golyaev, I.I. Saveliev. Zeeman laser gyroscopes // Quantum electronics, vol. 45, no. 2, 2015, p. 171-179.

Claims (7)

Способ измерения порога статического захвата в лазерном датчике угловой скорости, включающий создание знакопеременной частотной подставки, выделение и обработку информации о частоте биений встречных волн, и определение масштабного коэффициента, отличающийся тем, что определяют разность нелинейных искажений масштабного коэффициента и вычисляют порог статического захвата по формулеA method for measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor, including creating an alternating frequency bias, extracting and processing information about the beat frequency of counterpropagating waves, and determining a scale factor, characterized in that the difference in nonlinear distortion of the scale factor is determined and the static capture threshold is calculated using the formula
Figure 00000011
Figure 00000011
где ΩL - порог статического захвата в лазерном датчике угловой скорости;where Ω L is the static capture threshold in the laser angular velocity sensor; К1 - масштабный коэффициент лазерного датчика угловой скорости при угловой скорости вращения Ω1, много большей угловой скорости вращения Ω0, совпадающей с амплитудой знакопеременной частотной подставки;K 1 is the scale factor of the laser angular velocity sensor at an angular velocity of rotation Ω 1 , much greater than the angular velocity of rotation Ω 0 , which coincides with the amplitude of the alternating frequency bias; К2 - масштабный коэффициент лазерного датчика угловой скорости при угловой скорости вращения Ω2, меньшей угловой скорости вращения Ω0, совпадающей с амплитудой знакопеременной частотной подставки;K 2 is the scale factor of the laser angular velocity sensor at an angular velocity of rotation Ω 2 less than the angular velocity of rotation Ω 0 , which coincides with the amplitude of the alternating frequency bias; К3 - масштабный коэффициент лазерного датчика угловой скорости при угловой скорости вращения Ω3, меньшей угловой скорости вращения Ω2;K 3 is the scale factor of the laser angular velocity sensor at an angular velocity of rotation Ω 3 less than the angular velocity of rotation Ω 2 ; а, b, с - коэффициенты, определяемые по аппроксимации зависимости разницы нелинейных искажений масштабного коэффициента от порога статического захвата.a, b, c - coefficients determined by approximating the dependence of the difference in nonlinear distortion of the scale factor on the static capture threshold.
RU2020138724A 2020-11-26 2020-11-26 Method for measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor RU2762951C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138724A RU2762951C1 (en) 2020-11-26 2020-11-26 Method for measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138724A RU2762951C1 (en) 2020-11-26 2020-11-26 Method for measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2762951C1 true RU2762951C1 (en) 2021-12-24

Family

ID=80039316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020138724A RU2762951C1 (en) 2020-11-26 2020-11-26 Method for measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2762951C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU138509U1 (en) * 2013-11-25 2014-03-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" INSTALLATION FOR MEASURING THE STATIC CAPTURE THRESHOLD IN THE ZEMEMAN RING LASER
RU2525648C1 (en) * 2013-04-19 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") Method to measure angular movements by laser gyroscope
US20170211952A1 (en) * 2014-07-08 2017-07-27 Ixblue Optical fibre interferometric system
RU2676392C1 (en) * 2018-02-07 2018-12-28 Александр Иванович Королев Device for measuring the speed on the basis of sagnac fiber interferometer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2525648C1 (en) * 2013-04-19 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") Method to measure angular movements by laser gyroscope
RU138509U1 (en) * 2013-11-25 2014-03-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" INSTALLATION FOR MEASURING THE STATIC CAPTURE THRESHOLD IN THE ZEMEMAN RING LASER
US20170211952A1 (en) * 2014-07-08 2017-07-27 Ixblue Optical fibre interferometric system
RU2676392C1 (en) * 2018-02-07 2018-12-28 Александр Иванович Королев Device for measuring the speed on the basis of sagnac fiber interferometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5577073A (en) Frequency and phase-locked two-phase digital synthesizer
US5444641A (en) Admittance-parameter estimator for a piezoelectric resonator in an oscillator circuit
CN113551660B (en) Method for obtaining vibration mode angle of hemispherical resonance gyroscope when electrode angle has error
CN114777656B (en) Optical fiber gyroscope screening ring system based on neural network, method and storage medium
RU2762951C1 (en) Method for measuring the static capture threshold in a laser angular velocity sensor
US4310892A (en) Method for determining imbalance in a mechanical system
KR102292162B1 (en) Gyroscope filtering device and method thereof
US5487015A (en) Self-oscillating driver circuit for a quartz resonator of an angular rate sensor
US6199020B1 (en) External force measuring apparatus
US5434670A (en) Laser gyro screening method for predicting angular random walk
US5004344A (en) Apparatus and method for correcting ring laser gyroscope phase errors at turnaround
Stein et al. The application of Kalman filters and ARIMA models to the study of time prediction errors of clocks for use in the Defense Communication System (DCS)
EP3901635A1 (en) Rotating machine speed estimation
JP3510419B2 (en) Vibration pickup calibration device
RU2651622C1 (en) Method of measuring radial clearances between ends of impeller blades and stator shell of turbo-machine
US4875774A (en) Apparatus and method for determining ring laser gyroscope phase at turnaround
RU2729944C1 (en) Method of determining angular velocity using wave solid-state gyroscope
EP0137317A2 (en) Ultrasonic wave blood flow meter
JPH03118423A (en) Filtering apparatus of weight measuring signal
CN113987746A (en) Hemispherical resonator gyroscope use performance improving method based on collective theory
RU2036433C1 (en) Method of adjustment of gyroscope tuned dynamically
SU1437679A1 (en) Electromagnetic method and apparatus for complex check of ferromagnetic articles
RU2163361C1 (en) Method determining time constants of mechanical and electromechanical oscillatory systems with presence of two integrating amplifiers in measurement circuit
SU930273A1 (en) Device for monitoring parameters of oscillatory systems
JP2000115260A (en) Method and instrument for measuring q value