RU2796228C1 - Device for adjusting the perimeter of a four-frequency zeeman laser gyroscope - Google Patents
Device for adjusting the perimeter of a four-frequency zeeman laser gyroscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796228C1 RU2796228C1 RU2022125110A RU2022125110A RU2796228C1 RU 2796228 C1 RU2796228 C1 RU 2796228C1 RU 2022125110 A RU2022125110 A RU 2022125110A RU 2022125110 A RU2022125110 A RU 2022125110A RU 2796228 C1 RU2796228 C1 RU 2796228C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- ring laser
- input
- perimeter
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к гироскопам и измерительной технике и может быть использовано для регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа.The invention relates to gyroscopes and measuring equipment and can be used to adjust the perimeter of a four-frequency Zeeman laser gyroscope.
Известно устройство [RU 2270454, С2, G01R 25/00, G01R 27/28, 22.02.2006], содержащее два двухканальных мультиплексора, выходы которых подключены к входам измерителя временных сдвигов, выход измерителя временных сдвигов подключен к входу блока вычисления оценки разности группового времени запаздывания, входы одного из мультиплексоров подключаются к входам исследуемого усилителя, а входы другого мультиплексора - к выходам усилителя, при этом разность группового времени запаздывания сигналов, поступающих с выходов тестируемого усилителя, измеряется путем поочередного измерения запаздывания, возникающего в каждом из каналов усилителя.A device is known [RU 2270454, C2, G01R 25/00, G01R 27/28, 22.02.2006], containing two two-channel multiplexers, the outputs of which are connected to the inputs of the time shift meter, the output of the time shift meter is connected to the input of the unit for calculating the group time difference estimate delay, the inputs of one of the multiplexers are connected to the inputs of the amplifier under study, and the inputs of the other multiplexer are connected to the outputs of the amplifier, while the difference in the group delay time of the signals coming from the outputs of the amplifier under test is measured by successively measuring the delay that occurs in each of the channels of the amplifier.
Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности.The disadvantage of the device are relatively narrow functionality.
Известно также устройство [RU 136586, U1, G01R 29/02, H01S 3/083, 10.01.2014], содержащее первый делитель напряжения, коробку соединительную, первый и второй входы которой соединены с первым и вторым выходами датчика лазерных гироскопов, а группа входов соединена с группой выходов первого делителя напряжения, второй делитель напряжения, группа входов которого соединена с группой входов датчика лазерных гироскопов и с группой выходов коробки соединительной, выход которой соединен с входом второго делителя напряжения, а также осциллограф, первый вход которого соединен с выходом первого делителя напряжения, а второй и третий входы соединены с первым и вторым выходами второго делителя напряжения соответственно.It is also known a device [RU 136586, U1, G01R 29/02,
Недостатком этого устройства также является относительно узкие функциональные возможности.The disadvantage of this device is also a relatively narrow functionality.
Кроме того, известно техническое решение [Система регулировки периметра для зеемановского кольцевого лазера с настройкой на продольную моду с заданной четностью. Электронная техника. Лазерная техника и оптоэлектроника. Вып.1 (57), 1991, стр. 68], включающее фотоприемник излучения кольцевого лазера, вход которого является входом излучения кольцевого лазера, оснащенного пьезоприводом и содержащего блок частотной подставки, вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, а выход соединен с невзаимным устройством кольцевого лазера, включенным в его резонатор, синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом фотоприемника излучения кольцевого лазера, а второй вход является входом сигнала знакопеременной подставки, интегратор со сбросом, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, и усилитель, первый вход которого соединен с выходом интегратора со сбросом, а выход соединен с пьезоприводом кольцевого лазера.In addition, there is a technical solution [Perimeter adjustment system for a Zeeman ring laser tuned to a longitudinal mode with a given parity. Electronic equipment. Laser technology and optoelectronics. Issue 1 (57), 1991, p. 68], including a ring laser radiation photodetector, the input of which is the radiation input of a ring laser equipped with a piezo drive and containing a frequency bias unit, the input of which is the input of a sign-variable bias signal, and the output is connected to a non-reciprocal device of the ring laser included in its resonator, a synchronous detector, the first input of which is connected to the output of the photodetector of the radiation of the ring laser, and the second input is the input of the alternating bias signal, an integrator with reset, the input of which is connected to the output of the synchronous detector, and an amplifier, the first input of which is connected with an integrator output with reset, and the output is connected to the ring laser piezo drive.
Эта система является замкнутой системой регулирования, использующая в качестве сигнала рассогласования сигнал интенсивности излучения в одном луче кольцевого лазера, а в качестве регулирующего элемента пьезоэлектрический привод кольцевого лазера.This system is a closed control system that uses the radiation intensity signal in one beam of the ring laser as a mismatch signal, and the piezoelectric drive of the ring laser as a control element.
Недостатком этой системы является относительно низкая точность, вызванная возникновением разности интенсивностей встречных волн, причиной которой, в частности, является анизотропия круговой поляризации встречных волн и неравенство коэффициента рассеяния встречных волн в резонаторе.The disadvantage of this system is the relatively low accuracy caused by the appearance of a difference in the intensities of the counterpropagating waves, which is caused, in particular, by the anisotropy of the circular polarization of the counterpropagating waves and the inequality of the scattering coefficient of the counterpropagating waves in the resonator.
Помимо указанных выше, известно устройство [RU 2589756, C1, G01C 19/66, G01R 29/02, H01S 3/083, 10.07.2016], включающее фотоприемники выходного излучения кольцевого лазера, оснащенного четырьмя зеркалами, первое и втрое из которых выполнены с пьезоприводом, третье является отражающим, а на четвертое установлен оптический смеситель, формирующий выходное излучение кольцевого лазера, а также блоком частотной подставки, катушки которого включены в плечи кольцевого лазера, и генератором синхроимпульсов, первый выход которого соединен с входом блока частотной подставки, блок счетчиков импульсов сигналов SinA и CosA частоты биений встречных волн продольной моды А и импульсов сигналов SinB и CosB частоты биений встречных волн продольной моды В, процессор, первый вход которого соединен с выходом блока счетчиков, а второй вход соединен со вторым выходом генератора синхроимпульсов, цифро-аналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом процессора, и усилитель, вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, а выход соединен с управляющими входами пьезоприводов первого и второго зеркал кольцевого лазера.In addition to the above, a device is known [RU 2589756, C1, G01C 19/66, G01R 29/02, H01S 3/083, 07/10/2016], including photodetectors of the output radiation of a ring laser equipped with four mirrors, the first and three of which are made with a piezo drive, the third is reflective, and the fourth is equipped with an optical mixer that forms the output radiation of the ring laser, as well as a frequency bias unit, the coils of which are included in the arms of the ring laser, and a clock generator, the first output of which is connected to the input of the frequency bias unit, the pulse counter unit signals SinA and CosA of the frequency of beats of counterpropagating waves of longitudinal mode A and pulses of signals SinB and CosB of the frequency of beats of counterpropagating waves of longitudinal mode B, a processor, the first input of which is connected to the output of the block of counters, and the second input is connected to the second output of the clock generator, a digital-to-analog converter , the input of which is connected to the output of the processor, and an amplifier, the input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter, and the output is connected to the control inputs of the piezodrives of the first and second mirrors of the ring laser.
Недостатком этого устройства является относительно низкая точность регулирования.The disadvantage of this device is the relatively low accuracy of regulation.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа [RU 2744420, C1, G01C 19/66, G01R 29/02, H01S 3/086, 09.03.2021], включающее фотоприемники выходного излучения кольцевого лазера, оснащенного четырьмя зеркалами, первое и втрое из которых выполнены с пьезоприводом, третье является отражающим, а на четвертое установлен оптический смеситель, формирующий выходное излучение кольцевого лазера, а также блоком частотной подставки, катушки которого включены в плечи кольцевого лазера, и генератором синхроимпульсов, первый выход которого соединен с входом блока частотной подставки, блок счетчиков импульсов сигналов SinA и CosA частоты биений встречных волн продольной моды А и импульсов сигналов SinB и CosB частоты биений встречных волн продольной моды В, процессор, первый вход которого соединен с выходом блока счетчиков, а второй вход соединен со вторым выходом генератора синхроимпульсов, цифро-аналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом процессора, и усилитель, вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, а выход соединен с управляющими входами пьезоприводов первого и второго зеркал кольцевого лазера.The closest in technical essence to the proposed one is a device for adjusting the perimeter of a Zeeman laser gyroscope [RU 2744420, C1, G01C 19/66, G01R 29/02, H01S 3/086, 03/09/2021], including photodetectors of the output radiation of a ring laser equipped with four mirrors , the first and three of which are made with a piezo drive, the third is reflective, and the fourth is equipped with an optical mixer that forms the output radiation of the ring laser, as well as a frequency bias unit, the coils of which are included in the arms of the ring laser, and a sync pulse generator, the first output of which is connected to by the input of the frequency bias block, a block of counters of pulses of signals SinA and CosA of the beat frequency of counterpropagating waves of longitudinal mode A and pulses of signals SinB and CosB of the beat frequency of counterpropagating waves of longitudinal mode B, a processor, the first input of which is connected to the output of the counter block, and the second input is connected to the second the output of the clock generator, a digital-to-analog converter, the input of which is connected to the output of the processor, and an amplifier, the input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter, and the output is connected to the control inputs of the piezodrives of the first and second mirrors of the ring laser.
Недостатком устройства является низкое быстродействие и относительно низкая точность регулирования, вызванная относительно высокой чувствительностью к угловым ускорениям, механическим ударам и вибрациям.The disadvantage of the device is the low speed and relatively low accuracy of regulation, caused by a relatively high sensitivity to angular accelerations, mechanical shocks and vibrations.
Задачей, которая решается в предложенном изобретении, является создание устройства, обладающее более высокой точностью регулировки в условиях возможных угловых ускорений и механических воздействий.The problem that is solved in the proposed invention is to create a device with a higher adjustment accuracy in terms of possible angular accelerations and mechanical impacts.
Требуемый технический результат заключается в повышении точности регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа путем введения дополнительного арсенала технических средств, повышающих быстродействие системы регулирования и уменьшающих влияние угловых ускорений, механических ударов и вибраций,The required technical result consists in increasing the accuracy of adjusting the perimeter of a four-frequency Zeeman laser gyroscope by introducing an additional arsenal of technical means that increase the speed of the control system and reduce the effect of angular accelerations, mechanical shocks and vibrations,
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, включающее фотоприемники выходного излучения кольцевого лазера, который оснащен четырьмя зеркалами, первое и второе из которых выполнены с пьезоприводом, третье и четвертое зеркало являются частично прозрачными, а на четвертом зеркале установлен оптический смеситель, формирующий выходное излучение кольцевого лазера, который оснащен блоком частотной подставки, катушки которого включены в плечи кольцевого лазера, и генератором синхроимпульсов, выход которого соединен с входом блока частотной подставки, согласно изобретению, введены фотоприемник сигнала регулировки, установленный на выходе третьего зеркала кольцевого лазера, и последовательно соединенные полосовой усилитель, вход которого соединен с выходом фотоприемника сигнала регулировки, детектор, аналого-цифровой преобразователь, цифровой блок формирования сигнала регулировки, цифро-аналоговый преобразователь и усилитель, выход которого соединен с входами управления первого и второго зеркал, выполненных с пьезоприводом.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that, in a device that includes photodetectors of the output radiation of a ring laser, which is equipped with four mirrors, the first and second of which are made with a piezo drive, the third and fourth mirrors are partially transparent, and a an optical mixer that forms the output radiation of a ring laser, which is equipped with a frequency bias unit, the coils of which are included in the arms of the ring laser, and a sync pulse generator, the output of which is connected to the input of the frequency bias unit, according to the invention, an adjustment signal photodetector installed at the output of the third mirror of the ring laser laser, and a series-connected bandpass amplifier, the input of which is connected to the output of the adjustment signal photodetector, a detector, an analog-to-digital converter, a digital adjustment signal generation unit, a digital-to-analog converter, and an amplifier, the output of which is connected to the control inputs of the first and second mirrors made with piezo drive.
На чертеже представлена функциональная схема устройства регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа.The drawing shows a functional diagram of the device for adjusting the perimeter of the four-frequency Zeeman laser gyroscope.
Устройство включает фотоприемники 1 выходного излучения кольцевого лазера 2, который оснащен четырьмя зеркалами, первое 3 и втрое 4 из которых выполнены с пьезоприводом, третье 5 является полупрозрачным, а на четвертое 6 установлен оптический смеситель 7, формирующий выходное излучение кольцевого лазера 2, который оснащен блоком 8 частотной подставки, катушки 9 которого включены в плечи кольцевого лазера 2, и генератором 10 синхроимпульсов, выход которого соединен с входом блока 8 частотной подставки.The device includes photodetectors 1 of the output radiation of the
Кроме того, устройство содержит фотоприемник 11 сигнала регулировки, установленный на выходе третьего зеркала 5 кольцевого лазера 2, и последовательно соединенные полосовой усилитель 12, вход которого соединен с выходом фотоприемника 11 сигнала регулировки, детектор 13, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14, цифровой блок 15 формирования сигнала регулировки, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) цифровой блок 15 формирования сигнала регулировки 16 и усилитель 17, выход которого соединен с входами управления первого 3 и второго 4 зеркал, выполненных с пьезоприводом.In addition, the device contains a
Работает устройства регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа следующим образом.The device for adjusting the perimeter of a four-frequency Zeeman laser gyroscope works as follows.
Сигнал суммы волн «+» и «-» от фотоприемника 11 сигнала регулировки усиливается полосовым усилителем 12, настроенным на среднюю частоту Δv (например 52,36 МГц с полосой пропускания 0,26 МГц). Сигнал U0 с выхода полосового усилителя 12 выпрямляется детектором 13 и через АЦП 14 передается в цифровой блок 15 формирования сигнала регулировки, который управляет ЦАП 16. Цифровой блок 15 меняет напряжение на ЦАП так, чтобы периметр резонатора увеличился на 0,001λ. После этого АЦП вновь формирует сигнал U1 на выходе детектора 13 и передает в цифровой блок 15, который сравнивает сигналы U1 и U0. Если U1 > U0, то цифровой блок 15 изменяет напряжение на ЦАП 16 так, чтобы периметр кольцевого лазера 2 увеличился на 0,001λ. Далее вновь измеряется сигнал U2 на выходе детектора 13 и передается в цифровой блок 15. Если U2>U1, то этот блок изменяет сигнал на входе ЦАП 16 так, чтобы периметр кольцевого лазера вновь увеличился на 0,001λ. Если же Ui≤Ui-1, то цифровой блок 15 изменяет напряжение на входе ЦАП 16 так, чтобы периметр кольцевого лазера 2 уменьшился на 0,001λ. Так происходит настройка периметра кольцевого лазера 2 на максимум сигнала на выходе детектора 13. Такая система регулировки периметра обладает высоким быстродействием, которое принципиально ограничено полосой пропускания усилителя фотоприемника, а на практике быстродействием цифровых схем и применяемого алгоритма. Благодаря этому предлагаемая система малочувствительна к угловым ускорениям и другим механическим воздействиям.The signal of the sum of the "+" and "-" waves from the
Эксперименты показывают, что ошибка измерения угловой скорости при реальных угловых ускорениях и такте работы 0,01 с уменьшается до 30 раз.Experiments show that the error in measuring the angular velocity with real angular accelerations and a work cycle of 0.01 s decreases up to 30 times.
Этим самым подтверждается достижение требуемого технического результата, заключающегося в повышении точности регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа путем введения дополнительного арсенала технических средств, уменьшающих влияние угловых ускорений, механических ударов и вибраций.This confirms the achievement of the required technical result, which consists in increasing the accuracy of adjusting the perimeter of the four-frequency Zeeman laser gyroscope by introducing an additional arsenal of technical means that reduce the effect of angular accelerations, mechanical shocks and vibrations.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2796228C1 true RU2796228C1 (en) | 2023-05-18 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5108182A (en) * | 1990-04-11 | 1992-04-28 | Rockwell International Corporation | Digital path length control for ring laser gyros |
RU2629704C1 (en) * | 2016-04-14 | 2017-08-31 | Акционерное общество "Серпуховский завод "Металлист" | Method of measuring complex communication factors in ring resonators of laser gyroscopes |
RU2695761C1 (en) * | 2018-11-12 | 2019-07-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for reduction of magnetic drift of zeeman laser gyroscopes |
RU2709428C1 (en) * | 2019-05-21 | 2019-12-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Optical mixer of radiation of four-frequency laser gyroscope of zeeman type |
RU2736737C1 (en) * | 2020-02-12 | 2020-11-19 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | System to adjust perimeter of zeeman laser gyroscope |
RU2744420C1 (en) * | 2020-07-02 | 2021-03-09 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Device for regulating perimeter of four-frequency zeeman laser gyroscope |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5108182A (en) * | 1990-04-11 | 1992-04-28 | Rockwell International Corporation | Digital path length control for ring laser gyros |
RU2629704C1 (en) * | 2016-04-14 | 2017-08-31 | Акционерное общество "Серпуховский завод "Металлист" | Method of measuring complex communication factors in ring resonators of laser gyroscopes |
RU2695761C1 (en) * | 2018-11-12 | 2019-07-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for reduction of magnetic drift of zeeman laser gyroscopes |
RU2709428C1 (en) * | 2019-05-21 | 2019-12-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Optical mixer of radiation of four-frequency laser gyroscope of zeeman type |
RU2736737C1 (en) * | 2020-02-12 | 2020-11-19 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | System to adjust perimeter of zeeman laser gyroscope |
RU2744420C1 (en) * | 2020-07-02 | 2021-03-09 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Device for regulating perimeter of four-frequency zeeman laser gyroscope |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5054911A (en) | Light wave distance measuring instrument of the pulse type | |
US4171907A (en) | Electro-optic distance measuring device | |
JPH0277672A (en) | Device for measuring delay time | |
US4183670A (en) | Interferometer | |
RU2796228C1 (en) | Device for adjusting the perimeter of a four-frequency zeeman laser gyroscope | |
US4872754A (en) | Constant frequency digital closed-loop optical fiber gyro | |
CN112925008B (en) | Mode-preserving fiber polarized light seismic gyroscope realized based on quantum weak measurement | |
CN111175779A (en) | System and method for accurately measuring target motion by coherent detection laser radar | |
Liu et al. | Multicycle synchronous digital phase measurement used to further improve phase-shift laser range finding | |
RU2744420C1 (en) | Device for regulating perimeter of four-frequency zeeman laser gyroscope | |
RU2724242C1 (en) | System to adjust perimeter of zeeman laser gyroscope | |
RU2736737C1 (en) | System to adjust perimeter of zeeman laser gyroscope | |
RU2740167C1 (en) | Dual-mode zeeman laser gyroscope | |
JP2023142441A (en) | Light wave rangefinder | |
RU2570096C1 (en) | Method to reject ring resonators of laser gyroscopes | |
RU2167397C2 (en) | Laser gyroscope | |
McKay et al. | Space-based Doppler wind lidar: modeling of edge detection and fringe imaging Doppler analyzers | |
RU2810720C1 (en) | Method and device for extracting rotation information in four-frequency zeeman laser gyroscope | |
RU88797U1 (en) | FIBER OPTICAL GYROSCOPE | |
RU160760U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING LIGHT ABSORPTION FACTOR IN MIRRORS OF A RING RESONATOR | |
SU1645818A1 (en) | Phasic light distance finder | |
SU1075798A1 (en) | Laser range finder | |
RU81317U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING ANGULAR SPEEDS OF ROTATION | |
Lehecka et al. | Two‐color interferometry for fusion plasma diagnostics | |
Donchenko et al. | Analysis of Methods for Estimation of Signal Delay for Optical Precision Measurements |