SE451766B - Ringlasergyroenhet innefattande tre gyron - Google Patents

Description

15 20 25 30 451 766 2 tre styrorgan för de tre gyrona som har nio speglar. Varje styrorgan.skall styra enbart sitt eget gyro.

Ett problem med de kända styrningarna en- ligt de ovan angivna amerikanska patenten är att det föreligger en separat krets för varje ring- lasergyro, som enbart avkänner banlängden för sitt gyro och enbart ändrar banlängden i sitt eget gyro.

Om kända styrningar utnyttjas i den ovan beskrivna kubformade treaxliga gyrogruppen uppvisande tre gyron med sex speglar, varav tre är rörliga och tre är fasta, skulle en förändring av banlängden i något av gyrona ändra banlängderna ”för även ett annat av gyrona.

Redogörelse för uppfinningen “ Enligt den föreliggande uppfinningen. löses det ovan angivna problemet med de medel som_ anges i den kännetecknande delen av det efter- följande patentkravet 1.

Föredragna utföringsformer Ovan angivna ändamål och fördelar med den föreliggande uppfinningen kommer att än bättre förstås när de penetreras nedan i samband med bifogade ritningar, där fig. 1 visar schematiskt den treaxliga ring- lasergyrogruppen, _ fig. 2 visar schematiskt en omonterad ring- lasergyrogrupp med anoder, katoder och fjäderupp- hängning, fig. 3 visar ett kretsschema för ett styr- organ enligt uppfinningen och 10 15 20 25 30 35 451 766 3 fig. 4 visar en del av ett detaljerat kretscbe- ma enligt fig. s. i Med hänvisning till fig. 1 och 3 framgår upp- byggnaden av en gyroenhet 30. Gyroenheten 30 innefattar en gyrogrupp 31 och ett styrorgan 32.

I fig. 1 visas en_schematisk vy av gyrogruppen 31.

Speglar 1 - 6 är anordnade i var sitt centrum på varje kubisk kroppssida. Kuben är bearbetad, så att findia- metriska kanaler förbinder varandra närliggande speglar på återgivet sätt. Ett slutet optiskt hålrum definieras mellan fyra speglar, som ligger i ett plan och förbindes medelst kanaler. Totalt föreligger tre optiska hålrum utformade mellan speglarna på följande sätt: 2-5-4-6, 1-5-3-6 och 1-2-3-4. Det hålrum som bildas av dessa kana- ler är fyllt med en helium-neongasblandning, som får ga- sen i laserfunktior som svar på elektrisk excitering, såsom kommer att diskuteras nedan.

I det utförande som visas i fig. 1 föreligger tre inbördes ortogonala strålbanor, vilka var och en tjä- nar till att avkänna vinkelrotation kring en separat axel. Dessa strålbanor kan definieras av de optiska hål- rummen, som angivits ovan, mellan speglarna 2-5-4-6, 1-5-3-6 och 1-2-3-4. Fig. 1 illustrerar det faktum att varje spegel ingår i strålbanan för två vinkelräta plan.

Med andra ord: Varje spegel utnyttjas för två ortogonala RLG:n som var och en tillhör två separata axlar.

Under fortsatt hänvisning till fig. 1 framgår att de kanaler som existerar mellan speglarna definierar seg- ment av de tidigare omtalade strålbanorna utmed vilka laserljuset vandrar. Såsom är vanligt i RLG:n har varje RLG laserljus som frammatas i varandra motsatta rikt- ningar. Varje frekvensskillnad hos dessa båda ljusvågor representerar en tröghetsrotation. För att undvika proble- men med den väldokumenterade fastlåsningseffekten vibre- ras den monolitiska lasern kring en axel som delas lika av de tre RLG:na. Vibrering, som är en vinkelvibration 451 766 10 15 20 25 30 35 4 överlagrad på RLG-kroppen, är ett välkänt förfarande för att undvika fastlåsningseffekten. Vibreringsaxeln för det utförande som visas i fig. 1 indikeras mellan hänvisningsbeteckningarna 7 och 8. Z Fig. 2 illustrerar hur en vibrationsfjäderupp- -hängning är arrangerad. Vibrationsfjädrarna 10 och 11 uppbär den monolitiska RLG:n längs axeln 7, 8. Dessa vibrationsfjädrar är välkänd teknik och inbegriper ern piezoelektrisk avkännare och motor som är förbunden med en servoförstärkare för att vibrera det kubiska blocket runt axeln 7. 8. Vibrationsupphängningskompo- nenterna är tidigare väl dokumenterade och kommer därför ej att närmare beskrivas här. Varje RLG~del av upp- finningen motsvarande en av de tre strålbanorna avkänner en stor del av vinkelvibrationsrotationen kring axeln 7, 8 för att i tillräcklig grad förhindra fastlåsning.

Kanalen 12 är koaxiellt anordnad utmed axeln 7, 8.

Katoderna 13, 14 är infästa på motsvarande ytor på den kubiska kroppen och i linje med kanalens 12 öppningar.

Varje vibrationsfjäder 10, 11 har en central ringformad öppning 10a, 11a för att underlätta infästningen på den kubiska kroppen. Fjädrarnas 10, 11 yttre kanter är fast anordnade medan den monolitiska RLG:n utför vibrations- rörelse.

Avkortade kanaler 15, 16, 17 medger kommunika- tion mellan kanalen 12 och katoderna 13, 14 till var och en av de tre RLG-strålbanorna. Dubbla linjer utnyttjas i fig. 2 för att indikera de_plasmabanor som är symmetris- ka med avseende på katodkanalerna 15, 16, 17.

Anoder för den monolitiska RLG:n anges med hän- visningsbereckningarna 18 - 23. De bandelar vari ano- derna är placerade är företrädesvis symmetriska med både katoderna (såsom angivits tidigare) och laserns modform.

Annars kan icke den av Langmuir-flödet inducerade för- stärkningen balanseras. Detta krav underlättas genom an- vändningen av sex speglar som uppvisar samma radie. Varje fi", 10 15 _ 20 25 30 5 451 76d 5 strålbana måste till sin längd hållas konstant oberoende av temperaturförändringar, acceleration osv.

Vid den monolitiska RLG:ns drift kommer var och en av de tre strålbanorna 2-5-4-6, 1-5-3-6 och 1-2-3-4 att omfatta tvâ, varandra motroterande strålar.

Plasmaströmmen i varje delringlaser kan regleras individuellt genom ändring av spänningsnivåerna på ano- derna 18 - 23 just såsom sker individuellt vid konven- tionella enkel-RLG:n.

Den ovan beskrivna treaxliga gyrogruppen 31 beskrivs fullständigt i tidigare omtalat amerikanskt pa- 368 797). _ Enligt den föreliggande uppfinningen är, såsom tent (ans. -framgår av fig. 3, en gyroenhet 30 anordnad vari tre strålbanor hâlles konstanta med avseende på längden., -Gyroenheten 30 innefattar den ovan beskrivna gyrogruppen, 31 och styrorganet 32. Gruppen 31 innefattar en första_ gyro 101 med en strålbana 2546, en andra gyro 102 med en strålbana 1536 samt en tredje gyro 103 med strålba- nan 1234.

Speglar BLS2, 3 och 5, som utgör omvandlare för banlängdstyrning (BLS), är rörliga. Speglarna 1, 4, 6 är fixerade. De rörliga speglarna BLS 2,3,5 är automa- tiskt reglerade, såsom förklaras nedan, för att bíehålla de tre banlängderna konstanta. De fixerade speglarna 1, 4, 6 utgör utgångsspeglar för detektering av frekvens- skillnader hos de motroterande laserstrålarna.

Såsom visas i fig. 3 innefattar styrorganet 32 en detektorenhet 105 som ansluter till fixerade speglar 1, 4, 6, en insignalmatrisenhet 106 samt en hög- spänningsförstärkarenhet 107 som ansluter till rörliga speglar BLS 2, 3, 5. ' Såsom framgår av fig. 1 och 3 har den kubformade treaxliga gyroenheten 30 ett kubformigt stödorgan 31, som har en referens-x-axel, en referens-y-axel samt en referens-z-axel, vilka skär varandra-i en gemensam skär- 451 766 10 15 '20 25 30 35 6 . ningspunkt och är kvadraturiskt förlagda. Den första rörliga spegeln 2 och den första fasta spegeln 4 är an- ordnade utmed x-axeln och ligger på lika långt avstånd från axelskärningspunkten. Den andra rörliga spegeln 3 och den andra fasta spegeln 1 är anordnade utmed y- axeln och ligger lika långt från axelskärningspunkten.

Den tredje rörliga spegeln 5 och den tredje fasta spe- I ' geln 6 är anordnade utmed z-axeln och ligger på lika långt avstånd från axelskärningspunkten. Stödorganet 31 har en första fyrsidig passage i x- och z-axlarnas plan, vilken definieras av hörnspeglarna 2, 5, 4 och 6 och bil- dar en första gyro. Stödorganet 31 har även en andra fyrsidig passage i y- och z-axlarnas plan, vilken defi- nieras av hörnspeglarna 1, 5, 3 och 6 och bildar en andra gyro 102. Stödorganet 31 har vidare en tredje fyrsidig passage i x- och y-axlarnas plan, som definieras av hörn- speglarna 1, 2, 3 och 4 och bildar en tredje gyro 103.

Detektorenheten 105 innefattar, såsom visas i fig. 3, effektdetektorer 201, 202, 203, som var och en ansluter till de fasta speglarna 1, 4, 6 i gyrona 101, 102, 103, demodulatorer 204, 205, 206 som var och en ansluter till detektorerna 201, 202, 203 samt oscillato- rer 207, 208, 209 som var och en ansluter till demodula- torerna 204, 205, 206.

Enheten 105 uppvisar även integratorer 210, 211, 212 som var och en ansluter till demodulatorerna 204, 205, 206 samt summationspunkter 213, 214, 215 som var och en anslu- ter till integratorerna 210, 211, 212. Summationspunk- terna 213, 214, 215 har var och en en utsignalledare 216, 217, 218 som ansluter till insignalmatrisenheten 106.

Gyron 101 seriekopplar via detektorn 201, som även utgör strâlkombinerare, demodulatorn 204 och integra- torn 210 med summationspunkten 213. Gyron 102 seriekopp- 5 lar via detektorn 202, som även utgör strålkombinerare, demodulatorn 205 samt integratorn 211 med summationspunk- ten 214. Gyron 103 seriekopplar via detektorn 203, som 10 15 20 25 30 35 451- 766 7 även utgör en strålkombinerare, demodulatorn 206 och integratorn 212 med summationspunkten 215.

Oscillatorn 207 ansluter via en kondensator 219 till summationspunkten 213 och även till demodulatorn 204. till 205. till 206.

Oscillatorn 208 ansluter via en kondensator 220 summationspunkten 214 och även till demodulatorn 221 summationspunkten 215 och även till demodulatorn' Oscillatorn 209 ansluter via en kondensator Insignalmatrisenheten 106 innefattar en första nätkrets 313, en andra nätkrets 314 och en tredje nät- krets 315. Nätkretsen 313 har en utsignalledare 316 som ansluter till förstärkarenheten 107. Nätkretsen 314 :har en utsignalledare 317 som ansluter till förstärkar- enheten 317. Nätkretsen 315 har en utsignalledare 318 som ansluter till förstärkarenheten 107. Förstärkaren- heten 107 har en förstärkare 413 som ansluter till leda- ren 316 och som har en utsignalledare 416, en förstär- kare 414 som ansluter till ledaren 317 och har en ut- signalledare 417 samt en förstärkare 415 som ansluter till ledaren 318 och har en utsignalledare 418.

Utsignalledarna 416, 417, 418 ansluter var och en till de rörliga speglarna eller till banlängdstyrorga- net (BLS) 2, 3, 5 såsom visas i fig. 3. ' I gyrogruppen 31 har den rörliga eller flexibla Z spegeln eller banlängdsstyromvandlaren (BLS) 2 en kåpa 513, som ansluter till förstärkarledaren 416, banlängd- styromvandlaren (BLS) 3 har en kåpa 514 som ansluter till förstärkarledaren 417 och banlängdstyromvandlaren (BLS) 5 har en kåpa 515, som ansluter till förstärkar- ledaren 418.

Kåpornas 513, 514, 515 konstruktion, som inbegri- per respektive aktiverare (ej visade), återges och beskrivs i amerikanska patenten 4 160 184 och 4 267 478.

BLS2 har en kopplingseffekt 516 på bana 2546 i gyron 101 och en kopplingseffekt 519 på bana 1234 i 451l766_ 10 15 20 25 30 35 8 gyron 103. BLS3 har en kopplingseffekt-517 på bana 1536 i gyron 102 och en kopplingseffekt 520 på bana 1234 i gyron 103. BLS5 har en kopplingseffekt 518 på bana 2546 i gyron 101 och en kopplingseffekt 521 på bana 1536 i gy- ron 102. Dessa kopplingseffekter på gyrona 101, 102 ' och 103 visas schematiskt med streckade linjer i fig. 3.

Under funktion måste var och en av de tre banläng- derna för gyrona 101, 102, 103 hållas konstanta. De rör- liga speglarna 2, 3, 5 är reglerade för justering av varje banlängd för gyronas 101, 102, 103 banor på er- forderligt sätt. För att exempelvis avkorta längden på banan 2546 i gyron 101 föreligger en signal från gyro 101 som passerar i serie genom detektorn 201, demodulatorn 204, integratorn 210, summeringspunkten 213 och utsignal- ledaren 216 som matar en positiv signal på kretsen 314 och negativa signaler på kretsarna 313, 315. Tack vare kopplingseffekterna föreligger, såsom framgår av fig. 3, två negativa effekter 516, 518 på gyro 101 och en ut- 521 på och nega- jämnande positiv effekt 517 och negativ effekt gyro 102 samt en utjämnande positiv effekt 520 tiv effekt 519 på gyro 103. Sålunda föreligger nettoeffekt enbart pâ gyro 101, varvid längden en negativ av banan 2546 i gyro 101 förkortas, men någon ändring av längden på banan 1536 i gyro 102 och på banan 1234 i gyro 103 sker ej.

Såsom visas i fig. 4 innefattar en typisk nät- krets 313 en resistor R1, som ansluter till ledaren 216 från summeringspunkten 213, en resistor R2 som ansluter till ledaren 218 från summeringspunkten 215 samt en resistor R3 som ansluter till ledaren 217 från summe- ringspunkten 214. Nätkretsen 213 innefattar även en operationsförstärkare 319 som har en negativ klämma 320, som ansluter till resistorerna R1, R2, och en positiv klämma 321 som ansluter till resistorn R3. Nätkretsen 313 har även en utsignalklämma 322 som ansluter till ut- signalledaren 316 till högspänningsförstärkaren 413. 10 15 20 25 30 35 451 766 3 9 .

En resistor R4 är ansluten mellan klämmorna 320 och 322. En annan resistor R5 är ansluten mellan klämman 321 och jord 323.

Resistorerna R1-R5 är identiskt lika, så att de tre nätkretsarna 313, 314, 315, som är identiskt lika, 'omfattar tre grupper med identiskt lika delar inklusive en grupp resistorer R1-R5 och en grupp förstärkare 319.

Styrorganets 32 funktion sammanfattas i det föl- jande. Kopplingen på grund av geometrin i den monoli- _tiska treaxliga RLG:n 31 återges i fig. 3 med streckade linjer. Såsom ett exempel förkortas båda RLG-banorna 2546 och 1234 till sin längd när BLS2 intryckes. Effek- ten på varje RLG-bana detekteras med effektdetektorerna 201, 202, 203. En sådan effektdetektor består av en PIN fotodetektor med förförstärkare, som är sådan att den del av ljuset inuti RLG:n som läcker ut via en spegel uppfångas av dioden. Signalerna från effektdetek- torerna 201, 202, 203 demoduleras av demodulatorerna 204, 205, 206. Dessa drivs från de tre oscillatorerna 207, 208, 209. Dessa tre oscillatorer kan valfritt er- sättas med en enda oscillator som driver samtliga demo- dulatorer. Signalen integreras i integratorerna 210, 211, 212. Växelströmsignalen från oscillatorerna, som normalt inställes på 2000-3000 Hz, summeras med integratorut- signalerna på summerarpunkterna 213, 214, 215.

Dessa signaler, som består av en likströmssignal med en liten överlagrad växelströmssignal från oscilla- torn leds till ett insignalmatrisnätverk 313, 314, 315.

Insignalmatrisnätverket 313 består av en resistorkrets.

Den detaljerade kretsen 313 visas i fig. 4. Den består av en operationsförstärkare A och fem identiskt lika resistorer R1-R5. De båda övriga nätverken 314, 315 är identiskt lika nätverket 313.

Utsignalledarna 316, 317, 318 från insignalmatris- nätverken 313, 314, 315 går till högspänningsförstärkarna 413, 414, 415 såsom framgår av fig. 3. Utsignalerna på 10 451 766 10 r ledarna 416, 417, 418 från dessa förstärkare 413, 414, 415 matas till effektstyromvandlare BLS 2, 3 och 5. _ Med konstruktionen enligt denna uppfinning erhålles en treaxlig gyroenhet uppvisande tre gyron med tre rörliga speglar och tre fasta speglar samt ett banlängdsstyrorgan, som kan ändra banlängden för endera gyron utan att ändra banlängderna för de båda övriga gyrona. Vidare kan insingal- matrisdelen av styrorganet utföras av tre grupper med iden- tiskt lika delar för underlättande av tillverkningen.

Det bör inses att uppfinningen ej är begränsad till just de konstruktionsdetaljer som visas och beskrivs häri, utan modifieringar är uppenbara för façkmannen på området.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 451V, 766 p, 11 "PATENTKRAV

1.' ' Ringlasergyroenhet (30), företrädesvis av monolitisk typ, innefattande tre gyron (101, 102, 103), för detektering av tröghetsrotation kring tre axlar (X, Y, Z), samt utformad med en kubisk kropp där första, andra och tredje rörliga speglar (2, 3, 5) och första, andra och tredje fasta speglar (1, 4, 6) är förlagda så att en spegel är anordnad vid cent- rum på varje yta av den kubiska kroppen, varvid kanaler. ' (2-5-4-6, 1-5-3-6, 1-2-3-4) är upptagna inuti kroppen mellan varje spegel och var och en av fyra närliggande speglar så att optiska hålrum bildas mellan dessa, vilka hålrum inne- håller lasergas, tre inbördes ortogonala plan är anordnade att passera genom speglarna, vilka plan vart och ett inne- fattar ett av de optiska hålrummen som bildar en sluten strålbana (2546, 1536, 1234) som är vinkelrät mot de övriga strålbanorna och därigenom bildar de tre gyrona, en passage (12) fylld med lasergas är anordnad i kroppen koaxiellt med en diagonal (7-8) genom den kubiska kroppen, varvid minst en katod (13, 14) är infäst på kroppen och har samma sträck- ning som den diagonala passagen, fjäderorgan (10, 11) är infästa på kroppen till att kocentriskt uppta katoderna (13, 14) för att medge vibration av kroppen, ett flertal anoder (18 - 23) anordnade i varje strålbana samt avkortade passager (15, 16, 17) fyllda med lasergas bildar förbindel- ser mellan den diagonala passagen (12) och varje strål- bana (2546, 1536, 1234) för överföring av elenergi från katoderna (13, 14) till anoderna (18 - 23), k ä n n e t e c k- n a d av ett banlängdsstyrorgan (BLS) som är anordnat att optiskt kommunicera med varje laserstråle för uppmätning av laserstrålarnas intensitetsmodulering¿ívarje strålbana (2546, 1536, 1234), vilket banlängdsstyrorgan omfattar dels en detektorenhet (105) med första, andra och tredje detek- tororgan (201, 202, 203) anslutna till de första, andra respektive tredje fasta speglarna (1, 4, 6) och anordnade att mäta respektive laserstråles intensitetsmodulering och dels en insignalmatriskretsenhet (106) som ansluter till detek- torenheten (105) och de första, andra och tredje rörliga speglarna (2, 3, 5)vvarvid banlängden hos vilket som helst 10 15 20 25 30 35 4516766 12 gyro (101, 102, 103) kan förändras utan påverkan av ban- längden hos de båda andra gyrona.

2. n a d av att insignalmatriskretsenheten (106) omfattar en Gyroenhet enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k- första nätkrets uppvisande en utsignalledare (316) som via -en förstärkare (413) ansluter till den första rörliga spe- '41 geln (2), en andra nätkrets uppvisande en utsignalledare (317) som via en förstärkare (414) ansluter till den andra rörliga spegeln (3) samt en tredje nätkrets som uppvisar en utsignal- ledare (318) som via en förstärkare (415) ansluter till den tredje rörliga spegeln (5).

3. Gyroenhet enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k- n a d av att var och en av de första, andra och tredje nätkretsarna innefattar en operationsförstärkare (319) om- fattande en utsignalklämma (316) som via en högspännings- förstärkare (413) är ansluten till dess rörliga spegel (2), en positiv insignalklämma (321) med en positiv insignal- ledare (217) som via en resistor (R3) är ansluten till den första av de båda andra detektorerna samt en negativ in- signalklämma (320) med en första negativ insignalledare (218), som via en resistor (R2) är ansluten till de båda andra de- tektorerna, och med en andra negativ insignalledare (216), som via en resistor (R1) är ansluten till sin egen detektor.

4. Gyroenhet enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k- n a d av att den positiva insignalklämman (321) är jordad (323) via en resistor (RS) och den negativa insignalklämman (320) är via en resistor (R4) ansluten till utsignalklämman (329).

5.) Gyroenhet enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k- n a d av att varje resistor (R1-R5) i nätkretsen är identiskt lika övriga i nätkretsen ingående resistorer.

6. n a d av att var och en av de första, andra och tredje detektororganen (201, 202, 203) innefattar en effektdetektor 3 ansluten till dess fasta spegel (1, 4, 6), en demodulator (204, 205, 206) ansluten till effektdetektorn, en integrator (210, 211, 212) ansluten till demodulatorn, en summerarpunkt Gyroenhet enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- (213, 214, 215) ansluten till integratorn, en oscillator 451 766 i . 7 13 (207, 208, 209) ansluten till demodulatorn och via en kon- densator (219, 220, 221) till summerarpunkten samt en från summerarpunkten"utgående_utsignalledare (216, 217, 218) som är ansluten till insignalmatriskretsen (106).