RU2805770C1 - Method for stabilizing and regulating perimeter of four-frequency zeeman laser gyroscope with alternating magneto-optical frequency base in the shape of meander - Google Patents
Method for stabilizing and regulating perimeter of four-frequency zeeman laser gyroscope with alternating magneto-optical frequency base in the shape of meander Download PDFInfo
- Publication number
- RU2805770C1 RU2805770C1 RU2023118073A RU2023118073A RU2805770C1 RU 2805770 C1 RU2805770 C1 RU 2805770C1 RU 2023118073 A RU2023118073 A RU 2023118073A RU 2023118073 A RU2023118073 A RU 2023118073A RU 2805770 C1 RU2805770 C1 RU 2805770C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- perimeter
- meander
- modes
- optical
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Известен способ стабилизации и регулирования периметра одномодового (двухчастотного) зеемановского лазерного гироскопа со знакопеременной магнитооптической частотной подставкой [1]. В нем для настройки на моду используется сигнал модуляции интенсивности одной из волн, пропорциональный расстройке от центра линии усиления лазера.The invention relates to laser technology, namely laser gyroscopy. There is a known method for stabilizing and regulating the perimeter of a single-mode (dual-frequency) Zeeman laser gyroscope with an alternating magneto-optical frequency shift [1]. In it, to tune to the mode, a signal is used to modulate the intensity of one of the waves, proportional to the detuning from the center of the laser gain line.
Недостатком этого способа является то, что он неприменим в четырехчастотном режиме зеемановского лазерного гироскопа.The disadvantage of this method is that it is not applicable in the four-frequency mode of a Zeeman laser gyroscope.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ цифровой стабилизации и регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа со знакопеременной магнитооптической частотной подставкой в форме меандра [2].The closest in technical essence to the proposed method is a method for digital stabilization and adjustment of the perimeter of a four-frequency Zeeman laser gyroscope with an alternating magneto-optical frequency base in the shape of a meander [2].
В этом способе осуществляют оптическое совмещение встречных волн каждой моды, оптическое разделение двух ортогонально поляризованных мод и получение интерференционных картин на двухплощадочных фотоприемниках, преобразование оптических сигналов интерференционных картин в синусоидальные сигналы с частотой, равной разности частот встречных волн в двух модах, преобразующихся на компараторах в импульсные сигналы с учетом знака разности частот встречных волн, формирование дискриминационной характеристики системы регулирования периметра по разности частот подставок двух мод за положительный и отрицательный полупериоды меандра и подстройку периметра лазера с помощью пьезозеркал в точку равенства частот подставок мод по критериюThis method involves optical combination of counterpropagating waves of each mode, optical separation of two orthogonally polarized modes and obtaining interference patterns on two-site photodetectors, converting optical signals of interference patterns into sinusoidal signals with a frequency equal to the difference in frequencies of counterpropagating waves in two modes, which are converted into pulsed ones on comparators signals taking into account the sign of the difference in the frequencies of counterpropagating waves, the formation of a discriminatory characteristic of the perimeter control system based on the difference in the frequencies of the biases of two modes for the positive and negative half-cycles of the meander and the adjustment of the laser perimeter using piezoelectric mirrors to the point of equality of the frequencies of the biases of the modes according to the criterion
где ƒy - сигнал расстройки периметра, - частоты биений моды «А» и моды «В» за положительный период меандра, - частоты биений моды «А» и моды «В» за отрицательный период меандра. where ƒ y is the perimeter mismatch signal, - beat frequencies of mode “A” and mode “B” for the positive period of the meander, - beat frequencies of mode “A” and mode “B” for the negative period of the meander.
Недостатком известного способа является то, что применение меандра и синхронного съема данных по его переднему фронту при воздействии постоянных угловых ускорений в четырехчастотном гироскопе делает невозможной точное измерение амплитуды частотной подставки на двух модах и, как следствие настройку и стабилизацию периметра, что приводит к ошибке в измерении выходной угловой скорости.The disadvantage of this known method is that the use of a meander and synchronous data acquisition along its leading edge under the influence of constant angular accelerations in a four-frequency gyroscope makes it impossible to accurately measure the amplitude of the frequency bias in two modes and, as a consequence, adjust and stabilize the perimeter, which leads to an error in the measurement output angular velocity.
Задачей предлагаемого способа является исключение ошибок измерения амплитуды частотной подставки и угловой скорости при изменении расстройки периметра из-за воздействия на гироскоп постоянных угловых ускорений.The objective of the proposed method is to eliminate errors in measuring the frequency offset amplitude and angular velocity when the perimeter misalignment changes due to the effect of constant angular accelerations on the gyroscope.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе стабилизации и регулирования периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа со знакопеременной магнитооптической частотной подставкой в форме меандра, включающем оптическое разделение двух ортогонально поляризованных мод, оптическое совмещение встречных волн каждой моды и получение интерференционных картин на двухплощадочных фотоприемниках, преобразование оптических сигналов интерференционных картин в синусоидальные сигналы с частотой, равной разности частот встречных волн в двух модах, преобразующихся на компараторах в импульсные сигналы с учетом знака разности частот встречных волн, формирование дискриминационной характеристики системы регулировки периметра по разности частот подставок на двух модах за положительный и отрицательный полупериоды меандра и подстройку периметра лазера с помощью пьезозеркал в точку равенства частот подставок мод, съем выходных данных четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа смещают на четверть периода относительно переднего фронта меандра.The problem is solved due to the fact that in the known method of stabilizing and regulating the perimeter of a four-frequency Zeeman laser gyroscope with an alternating magneto-optical frequency base in the shape of a meander, including optical separation of two orthogonally polarized modes, optical combination of counterpropagating waves of each mode and obtaining interference patterns on two-site photodetectors, conversion of optical signals of interference patterns into sinusoidal signals with a frequency equal to the difference in frequencies of counterpropagating waves in two modes, which are converted on comparators into pulse signals taking into account the sign of the difference in frequencies of counterpropagating waves, formation of a discriminatory characteristic of a perimeter adjustment system based on the difference in frequencies of supports in two modes for positive and negative half-cycles of the meander and adjustment of the laser perimeter using piezoelectric mirrors to the point of equality of the frequencies of the mode supports, reading the output data of the four-frequency Zeeman laser gyroscope is shifted by a quarter of the period relative to the leading edge of the meander.
Суть предлагаемого способа заключается в том, что в четырехчастотном ЗЛГ со знакопеременной магнитооптическгой частотной подставкой в форме меандра, съем выходных данных четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа смещен на четверть периода относительно переднего фронта меандра.The essence of the proposed method is that in a four-frequency ZLG with an alternating magneto-optical frequency base in the shape of a meander, the output data of a four-frequency Zeeman laser gyroscope is shifted by a quarter of the period relative to the leading edge of the meander.
В изобретении происходит оптическое совмещение встречных волн каждой моды, оптическое разделение двух ортогонально поляризованных мод, получение интерференционных картин на двухплощадочных фотоприемниках, преобразование оптических сигналов интерференционных картин в синусоидальные электрические сигналы с частотой, равной разности частот встречных волн в двух модах, преобразующихся на компараторах в импульсные сигналы с учетом знака разности частот встречных волн, формирование дискриминационной характеристики системы регулирования периметра по разности частот подставок двух мод за положительный и отрицательный полупериоды меандра и подстройку периметра лазера с помощью пьезозеркал в рабочую точку равенства амплитуд частотных подставок двух мод, смещение съема выходных данных четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа на четверть периода относительно переднего фронта меандра.The invention involves optical combination of counterpropagating waves of each mode, optical separation of two orthogonally polarized modes, obtaining interference patterns on two-site photodetectors, converting optical signals of interference patterns into sinusoidal electrical signals with a frequency equal to the difference in frequencies of counterpropagating waves in two modes, which are converted on comparators into pulsed ones signals taking into account the sign of the difference in the frequencies of counterpropagating waves, the formation of a discriminatory characteristic of the perimeter control system based on the difference in the frequencies of the two modes for the positive and negative half-cycles of the meander and the adjustment of the laser perimeter using piezoelectric mirrors to the operating point of equality of the amplitudes of the frequency shifts of the two modes, the offset of the four-frequency Zeeman output data collection laser gyroscope by a quarter of the period relative to the leading edge of the meander.
Для подстройки в рабочую точку равенства амплитуд частотных подставок двух мод, сигнал расстройки периметра гироскопа должен быть равен нулю, он с учетом углового ускорения выражается как Причиной ошибки настройки на моду является то, что при изменении угловой скорости в сигнале рассогласования цифровой системы регулировки периметра появляется составляющая пропорциональная угловому ускорению где Δƒy - дополнительная составляющая в сигнале расстройки периметра гироскопа, - угловое ускорение гироскопа, а Т - период меандра. Возникновение Δƒy для случая постоянного углового ускорения приводит к тому, что система регулировки периметра стабилизирует периметр гироскопа в сдвинутой точке по расстройке ƒy.To adjust the amplitudes of the frequency shifts of the two modes to the operating point of equality, the detuning signal of the gyroscope perimeter must be equal to zero; taking into account the angular acceleration, it is expressed as The reason for the mode tuning error is that when the angular velocity changes, a component proportional to the angular acceleration appears in the mismatch signal of the digital perimeter control system where Δƒ y is an additional component in the gyroscope perimeter detuning signal, is the angular acceleration of the gyroscope, and T is the meander period. The occurrence of Δƒ y for the case of constant angular acceleration leads to the fact that the perimeter adjustment system stabilizes the perimeter of the gyroscope at a shifted point along the detuning ƒ y .
На Фиг. 1 показана зависимость расстройки ƒy от времени t, при приложении к датчику постоянного углового ускорения Период съема данных совпадает своим началом с передним фронтом меандра, в каждом полупериоде меандра расстройка получает приращение Δƒy и сумма расстроек за период меандра не обнуляется, что не позволяет исключить ошибку Δƒy пропорциональную угловому ускорению.In FIG. Figure 1 shows the dependence of the detuning ƒ y on time t, when constant angular acceleration is applied to the sensor The period of data collection coincides with its beginning with the leading edge of the meander; in each half-period of the meander, the detuning receives an increment Δƒ y and the sum of detunings for the meander period is not reset, which does not allow eliminating the error Δƒ y proportional to the angular acceleration.
На Фиг. 2 показаны экспериментальные зависимости напряжения на пьезокерамике датчика в вольтах (синяя сплошная линия) и значения измеренной угловой скорости вращения датчика в °/с (черная сплошная линия) от времени в процессе поворота датчика со скоростью 500°/с на угол поворота в 2160° сначала по часовой, а затем против часовой стрелки. Красным пунктиром показан рабочий диапазон пьезокерамики. Подстройка пьезокерамики происходила один раз за секунду. При повороте датчика по часовой стрелке ускорение датчика от 0 до 500°/с произошло точно за такт подстройки, поэтому пьезокерамика не вышла за пределы рабочего диапазона, так как ошибка Δƒy была скомпенсирована за один такт подстройки и не вывела пьезокерамику из рабочего диапазона. Однако, при вращении датчика против часовой стрелки процесс ускорения датчика был разделен между двумя тактами подстройки пьезокерамики, ошибка Δƒy компенсировалась системой регулировки периметра два такта, что привело к выходу пьезокерамики за пределы рабочего диапазона и ошибке в измерении угловой скорости вращения датчика уже после разгона до 500°/с, а также при уменьшении скорости вращения до 0°/с.In FIG. Figure 2 shows the experimental dependences of the voltage on the piezoceramics of the sensor in volts (blue solid line) and the value of the measured angular velocity of rotation of the sensor in °/s (black solid line) on time in the process of rotating the sensor at a speed of 500°/s to a rotation angle of 2160° first clockwise and then counterclockwise. The red dotted line shows the operating range of piezoceramics. The piezoceramics were adjusted once per second. When turning the sensor clockwise, the acceleration of the sensor from 0 to 500°/s occurred exactly during the adjustment cycle, so the piezoceramics did not go beyond the operating range, since the error Δƒ y was compensated for one adjustment cycle and did not take the piezoceramics out of the operating range. However, when the sensor was rotated counterclockwise, the acceleration process of the sensor was divided between two cycles of adjustment of the piezoceramics; the error Δƒ y was compensated by the perimeter adjustment system for two cycles, which led to the piezoceramics going beyond the operating range and an error in measuring the angular velocity of rotation of the sensor after acceleration to 500°/s, as well as when the rotation speed is reduced to 0°/s.
На Фиг. 3 показана зависимость расстройки ƒy от времени t, при приложении к датчику постоянного углового ускорения Период съема, предложенный в изобретении, сдвинут на четверть периода от переднего фронта меандра. В каждом четверть периоде меандра расстройка получает приращение Δƒy. Сумма расстроек за период съема за время от Т/4 до 5Т/4 равняется нулю, что позволяет исключить составляющую расстройки пропорциональную угловому ускорению Δƒy и настроиться на моду без данной ошибки.In FIG. Figure 3 shows the dependence of the detuning ƒ y on time t, when constant angular acceleration is applied to the sensor The removal period proposed in the invention is shifted by a quarter of the period from the leading edge of the meander. In each quarter period of the meander, the detuning receives an increment Δƒ y . The sum of detunings during the recording period from T/4 to 5T/4 is equal to zero, which makes it possible to eliminate the detuning component proportional to the angular acceleration Δƒ y and tune in to the mode without this error.
Эффективность предложенного способа подтверждена испытаниями, проведенными на поворотном столе при тех же условиях, что и в случае с Фиг. 2, результаты которых представлены на Фиг. 4. Обозначения и оси на Фиг. 4. совпадают с Фиг. 2. На Фиг. 4 видно, что во время ускорения датчика в напряжении на пьезокерамике не возникает колебаний, связанных с ошибкой пропорциональной угловому ускорению.The effectiveness of the proposed method is confirmed by tests carried out on a rotary table under the same conditions as in the case of Fig. 2, the results of which are presented in Fig. 4. Designations and axes in Fig. 4. coincide with Fig. 2. In FIG. Figure 4 shows that during acceleration of the sensor, there are no oscillations in the voltage on the piezoceramics associated with an error proportional to the angular acceleration.
Таким образом показано, что предложенный способ позволяет исключить ошибки измерения амплитуды частотной подставки и угловой скорости при изменении расстройки периметра из-за воздействия на гироскоп постоянных угловых ускорений.Thus, it is shown that the proposed method makes it possible to eliminate errors in measuring the frequency offset amplitude and angular velocity when the perimeter misalignment changes due to the effect of constant angular accelerations on the gyroscope.
Источники информацииInformation sources
1. Грушин М.Е., Колбас Ю.Ю., Горшков В.Н. Особенности работы системы регулировки периметра резонатора и вибрационная ошибка зеемановского лазерного гироскопа на 50%-ной смеси изотопов неона. ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2018. №6. С. 5-86.1. Grushin M.E., Kolbas Yu.Yu., Gorshkov V.N. Features of the operation of the resonator perimeter adjustment system and the vibration error of the Zeeman laser gyroscope on a 50% mixture of neon isotopes. ISSN 0236-3933. Bulletin of MSTU named after. N.E. Bauman. Ser. Instrumentation. 2018. No. 6. pp. 5-86.
2. Вареник А.И., Горшков В.Н., Грушин М.Е., Иванов М.А., Колбас Ю.Ю., Савельев И.И. Цифровая система регулирования и стабилизации частоты четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа, Квантовая электроника. 2021. Т. 51, №3. С. 76-282. - прототип.2. Varenik A.I., Gorshkov V.N., Grushin M.E., Ivanov M.A., Kolbas Yu.Yu., Savelyev I.I. Digital system for regulating and stabilizing the frequency of a four-frequency Zeeman laser gyroscope, Quantum Electronics. 2021. T. 51, No. 3. pp. 76-282. - prototype.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2805770C1 true RU2805770C1 (en) | 2023-10-24 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4475199A (en) * | 1980-06-02 | 1984-10-02 | Litton Systems, Inc. | Zeeman multioscillator ring laser gyro insensitive to magnetic fields and detuning frequencies |
| RU2731171C1 (en) * | 2019-10-01 | 2020-08-31 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Four-frequency laser gyroscope of zeeman type |
| 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 |
| RU2794241C1 (en) * | 2022-07-26 | 2023-04-13 | Акционерное общество "ЛАЗЕКС" | Method for control of perimeter of cavity of four-frequency laser gyroscope |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4475199A (en) * | 1980-06-02 | 1984-10-02 | Litton Systems, Inc. | Zeeman multioscillator ring laser gyro insensitive to magnetic fields and detuning frequencies |
| RU2731171C1 (en) * | 2019-10-01 | 2020-08-31 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Four-frequency laser gyroscope of zeeman type |
| 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 |
| RU2794241C1 (en) * | 2022-07-26 | 2023-04-13 | Акционерное общество "ЛАЗЕКС" | Method for control of perimeter of cavity of four-frequency laser gyroscope |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Вареник А.И. et al. "Цифровая система регулирования и стабилизации частоты четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа", журнал "Квантовая электроника", 2021, Т.51, N3. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6404656B2 (en) | Method and apparatus for tracking / rocking the free spectral range of a resonator and its application to a resonator fiber optic gyroscope | |
| CN101055207A (en) | Device and method for trace to the source for measuring any wave plate retardation | |
| RU2805770C1 (en) | Method for stabilizing and regulating perimeter of four-frequency zeeman laser gyroscope with alternating magneto-optical frequency base in the shape of meander | |
| GB2290144A (en) | Angular rotation rate detector | |
| EP0238746B1 (en) | Gas pressure transducer | |
| US4728194A (en) | Method of and apparatus for optically measuring displacement | |
| US5347359A (en) | Apparatus and method for correcting ring laser gyroscope phase angle errors induced by lock-in | |
| RU2670245C1 (en) | Method of reading and control oscillations of wave solid-state gyroscope | |
| US5159575A (en) | Single stage demodulator with reference signal phase dither | |
| RU218489U1 (en) | Device for measuring complex coupling coefficients in the ring cavity of a laser gyroscope | |
| US2964990A (en) | Signal modulation system for electrooptical measurements of distances | |
| RU2794241C1 (en) | Method for control of perimeter of cavity of four-frequency laser gyroscope | |
| RU2704334C1 (en) | Method of reading and controlling oscillations of wave solid-state gyroscope | |
| RU2629704C1 (en) | Method of measuring complex communication factors in ring resonators of laser gyroscopes | |
| Tao et al. | A Method for Improving the Detection Accuracy of Resonant micro-optical electromechanical gyroscope | |
| RU2011168C1 (en) | Device for stabilizing amplitude of oscillations of hemispheric resonator | |
| RU2735490C1 (en) | Method of determining sensitivity coefficient of perimeter of resonator of zeeman ring laser to effect of linear accelerations | |
| SU1130807A1 (en) | Method and device for determination of normal to hall generator magnetic plane | |
| SU728091A1 (en) | Qartz resonator parameter heter | |
| SU739676A1 (en) | Annular optical oscillator | |
| SU979903A1 (en) | Differential piezoelectric converter | |
| SU1232964A1 (en) | Differential piezoelectric transducer | |
| SU1245884A1 (en) | Device for measuring geometric parameters | |
| SU1022078A1 (en) | Device for measuring distribution in electric potential | |
| CN115047232A (en) | Optical voltage sensor based on rotary electrode sensing head and measuring method |