[go: up one dir, main page]

RU1841279C - The method of measuring the angular velocities of objects using a ring optical quantum generator - Google Patents

The method of measuring the angular velocities of objects using a ring optical quantum generator Download PDF

Info

Publication number
RU1841279C
RU1841279C SU0000986661A SU986661A RU1841279C RU 1841279 C RU1841279 C RU 1841279C SU 0000986661 A SU0000986661 A SU 0000986661A SU 986661 A SU986661 A SU 986661A RU 1841279 C RU1841279 C RU 1841279C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
optical quantum
objects
quantum generator
waves
Prior art date
Application number
SU0000986661A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Петрович Бельский
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма"
Priority to SU0000986661A priority Critical patent/SU1841279A1/en
Priority claimed from SU0000986661A external-priority patent/SU1841279A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1841279C publication Critical patent/RU1841279C/en
Publication of SU1841279A1 publication Critical patent/SU1841279A1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to methods for measuring the angular velocities of objects using annular optical quantum generator (1). Essence: electromagnetic waves of opposing beams are polarized in mutually perpendicular planes, for example, using mirrors (2), and are passed through nonreciprocal element (3). Mutually perpendicularly polarized electromagnetic waves are separated beyond the resonator, for example, using Wollaston prisms (4). Opposing waves with identical polarizations are combined, two difference frequencies are separated and compared on detector (8), and the angular velocity is extracted.
EFFECT: technical result: increase of accuracy and expansion of the measuring range.
1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к датчикам угловых скоростей на основе кольцевых оптических квантовых генераторов и может быть использовано при создании высокоточных квантовых гироскопов, измерителей угловых скоростей, магнитных компасов и других приборов.The present invention relates to angular velocity sensors based on annular optical quantum generators and can be used to create high-precision quantum gyroscopes, angular velocity meters, magnetic compasses and other devices.

Обычно в кольцевых оптических квантовых генераторах для преодоления явления синхронизации частот двух встречных лучей и дискриминации знака угловых перемещений применяется невзаимный элемент, основанный на эффекте Фарадея [1]. Этот элемент устанавливается в резонаторе кольцевого оптического квантового генератора по отношению к направлению генерируемых лучей нормально или под углом Брюстера.Usually, in ring optical quantum generators, a nonreciprocal element based on the Faraday effect [1] is used to overcome the synchronization of the frequencies of two opposite rays and to discriminate the sign of the angular displacements. This element is installed in the resonator of a ring optical quantum generator with respect to the direction of the generated rays normally or at the Brewster angle.

В кольцевых оптических квантовых генераторах с активным элементом, имеющим выходные окна под углом Брюстера, излучение имеет линейную поляризацию. При прохождении излучения через невзаимный элемент, к которому приложено продольное магнитное поле, электромагнитная волна приобретает дополнительный фазовый сдвиг, зависящий от величины и направления магнитного поля. В результате этого частоты лучей кольцевого оптического квантового генератора будут отличаться на величину, определяемую выражением:In ring optical quantum generators with an active element having output windows at the Brewster angle, the radiation has a linear polarization. When radiation passes through a nonreciprocal element, to which a longitudinal magnetic field is applied, the electromagnetic wave acquires an additional phase shift depending on the magnitude and direction of the magnetic field. As a result of this, the frequencies of the beams of a ring optical quantum generator will differ by an amount determined by the expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где R - постоянная Верде; Н - напряженность магнитного поля в направлении распространения лучей; lнэ - длина пути лучей в невзаимном элементе; lр - длина периметра резонатора.where R is the Verde constant; H is the intensity of the magnetic field in the direction of propagation of the rays; l ne - the length of the path of the rays in a non-reciprocal element; l p - the length of the perimeter of the resonator.

Теперь при угловых перемещениях кольцевого оптического квантового генератора его частоты будут изменяться в соответствии с величиной и знаком угловой скорости. При этом частоты лучей будут определяться следующими выражениями:Now, with the angular displacements of a ring optical quantum generator, its frequencies will change in accordance with the magnitude and sign of the angular velocity. The frequencies of the rays will be determined by the following expressions:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где νo - частота излучения, покоящегося кольцевого ОКГ в отсутствии расщепления частоты невзаимным элементом; νп - частота луча, распространяющегося по часовой стрелке; νл - частота луча, распространяющегося против часовой стрелки; F - частота расщепления, обусловленная невзаимным элементом; FΩ - частота расщепления, обусловленная вращением с угловой скоростью Ω. В этом случае направление магнитного поля таково, что его действие совпадает по знаку с действием углового перемещения. После выделения разности в оптических частотах получается частотный сдвиг

Figure 00000004
, определяемый выражением:where ν o is the frequency of the radiation at rest of the ring laser in the absence of frequency splitting by a non-reciprocal element; ν p - the frequency of the beam extending clockwise; ν l - the frequency of the beam propagating counterclockwise; F pn - the frequency of splitting, due to non-reciprocal element; F Ω is the splitting frequency due to rotation with an angular velocity Ω. In this case, the direction of the magnetic field is such that its action coincides in sign with the action of the angular displacement. After selecting the difference in optical frequencies, the frequency shift is obtained.
Figure 00000004
defined by the expression:

Figure 00000005
Figure 00000005

Для измерения FΩ и, следовательно, угловой скорости необходимо исключить Fрн. Это достигается коммутацией магнитного поля в невзаимном элементе.To measure F Ω and, therefore, the angular velocity, it is necessary to exclude F ph . This is achieved by switching the magnetic field in a non-reciprocal element.

При противоположном направлении магнитного поля частотный сдвиг будет определяться выражением:With the opposite direction of the magnetic field, the frequency shift will be determined by the expression:

Figure 00000006
Figure 00000006

Если из (4) вычтем (5), получим:If from (4) we subtract (5), we get:

Figure 00000007
Figure 00000007

По известному соотношению:By a known ratio:

Figure 00000008
Figure 00000008

S - площадь, охватываемая траекторией лучей;S is the area covered by the ray path;

ν - частота лучей в находящемся кольцевом оптическом квантовом генераторе;ν is the frequency of the rays in the located ring optical quantum generator;

lp - длина периметра резонатора, находим величину угловой скорости Ω.l p - the length of the perimeter of the resonator, we find the magnitude of the angular velocity Ω.

Практически измерение угловой скорости производится следующим образом. Производится измерение количества импульсов сигнала с частотой

Figure 00000009
за время ΔT. Затем производится коммутация поля. На это тоже необходимо время Δt. После этого измеряется количество импульсов сигнала частоты
Figure 00000010
за то же время ΔT. Результаты измерений алгебраически складываются, и таким образом находится ΔFp и, следовательно, угловая скорость.Almost the measurement of the angular velocity is as follows. Measuring the number of pulses with frequency
Figure 00000009
during ΔT. Then the field is switched. It also takes time Δt. After that, the number of pulses of the frequency signal is measured.
Figure 00000010
during the same time ΔT. The measurement results are algebraically added, and thus ΔF p is found and, therefore, the angular velocity.

Такой способ измерения позволяет получить усредненные значения угловых скоростей за время измерений 2ΔT и только частично избавиться от влияния нестабильности магнитного поля на точность измерений.This method of measurement allows to obtain the averaged values of angular velocities during the measurement 2ΔT and only partially get rid of the influence of the instability of the magnetic field on the measurement accuracy.

Предлагается способ измерения угловых скоростей, имеющий своей целью обеспечение непрерывного измерения угловых скоростей и устранения влияния на точностные характеристики датчика с кольцевым оптическим квантовым генератором и невзаимным элементом нестабильности магнитного поля.A method for measuring angular velocities is proposed, aimed at ensuring continuous measurement of angular velocities and eliminating the influence on the accuracy characteristics of a sensor with an annular optical quantum generator and a non-reciprocal element of magnetic field instability.

Рассмотрим динамику системы, реализующей предлагаемый способ, представленную на рис. 1, где:Consider the dynamics of the system that implements the proposed method, presented in Fig. 1, where:

1 - кольцевой оптический квантовый генератор;1 - ring optical quantum generator;

2 - зеркала-поляризаторы;2 - polarizing mirrors;

3 - невзаимный элемент;3 - non-reciprocal element;

4 - призмы Волластона;4 - Wollaston prisms;

5 - зеркала для объединения лучей с одинаковой поляризацией;5 - mirrors for combining rays with the same polarization;

6 - полупрозрачные пластины;6 - translucent plates;

7 - средства для выделения разностной частоты;7 - means for separation of the difference frequency;

8 - детектор.8 - the detector.

Figure 00000011
- частота волны, поляризованной в горизонтальной плоскости, распространяющейся против часовой стрелки; νл⊕ - частота волны, распространяющейся против часовой стрелки и поляризованной в вертикальной плоскости;
Figure 00000012
- частота волны, поляризованной в горизонтальной плоскости и распространяющейся по часовой стрелке; νп⊕ - частота волны, поляризованной в вертикальной плоскости, распространяющейся в направление по часовой стрелки;
Figure 00000013
- разностная частота от волн с горизонтальной поляризацией; Fp⊕ - разностная частота волн с вертикальной поляризацией; ΔFp - разностная частота от углового перемещения.
Figure 00000011
- frequency of a wave polarized in a horizontal plane, propagating counterclockwise; ν l⊕ - the frequency of the wave propagating counterclockwise and polarized in the vertical plane;
Figure 00000012
- frequency of a wave polarized in a horizontal plane and propagating clockwise; ν n⊕ is the frequency of a wave polarized in a vertical plane extending in a clockwise direction;
Figure 00000013
- difference frequency from waves with horizontal polarization; F p⊕ - difference frequency of waves with vertical polarization; ΔF p - difference frequency from the angular displacement.

При приложении к невзаимному элементу поля Н, частоты электромагнитных волн изменяются на величину, определяемую выражением (1), а знак изменения определяется направлением вращения плоскости поляризации волны внутри невзаимного элемента по отношению к направлению магнитного поля [1].When a field H is applied to a non-reciprocal element, the frequencies of electromagnetic waves change by an amount determined by expression (1), and the sign of the change is determined by the direction of rotation of the polarization plane of the wave inside the non-reciprocal element relative to the direction of the magnetic field [1].

В силу того, что плоскости поляризации волн кольцевого оптического квантового генератора, распространяющихся в одном направлении, взаимно перпендикулярны, то внутри невзаимного элемента они будут иметь противоположно вращающиеся плоскости поляризации. Следовательно, они получат сдвиг частоты по величине в соответствии c (1), но противоположный по знаку. То же произойдет с частотами встречных волн. Значения частот этих волн будут определяться соотношениями:Since the planes of polarization of the waves of a ring optical quantum generator, propagating in one direction, are mutually perpendicular, then inside the non-reciprocal element they will have oppositely rotating polarization planes. Consequently, they will receive a frequency shift in magnitude in accordance with c (1), but opposite in sign. The same will happen with the frequencies of the opposing waves. The values of the frequencies of these waves will be determined by the relations:

Figure 00000014
Figure 00000014

Во вращающемся кольцевом оптическом квантовом генераторе произойдет изменение всех частот на величину

Figure 00000015
. Допустим, что νл⊕ от вращения изменилось и определяется в соответствии с выражением:In a rotating ring optical quantum generator, all frequencies will be changed by
Figure 00000015
. Suppose that the ν l⊕ from the rotation has changed and is determined in accordance with the expression:

Figure 00000016
Figure 00000016

Тогда частоты остальных волн будут определяться следующими выражениями:Then the frequencies of the other waves will be determined by the following expressions:

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Объединяя лучи с одинаковой поляризацией за пределами резонатора кольцевого оптического квантового генератора, выделяем разницу в их частотах известными методами. Она будет определяться следующими выражениями:Combining the rays with the same polarization outside the resonator of the ring optical quantum oscillator, we distinguish the difference in their frequencies by known methods. It will be defined by the following expressions:

Figure 00000020
Figure 00000020

- для электромагнитных волн с вертикальной поляризацией; - for electromagnetic waves with vertical polarization;

Figure 00000021
Figure 00000021

- для электромагнитных волн с горизонтальной поляризацией. Затем, выделяя разницу между Fp⊕ и

Figure 00000022
, получаем выражение для ΔFp.- for electromagnetic waves with horizontal polarization. Then, highlighting the difference between F p⊕ and
Figure 00000022
, we obtain the expression for ΔF p .

Figure 00000023
Figure 00000023

Зная FΩ, находим величину угловой скорости.Knowing F Ω , we find the magnitude of the angular velocity.

Таким образом, в предлагаемой системе достигается тот же результат, что и ранее, а именно, измерение величины угловой скорости, но без коммутации направления магнитного поля. Следовательно, мы имеем возможность измерить угловую скорость в любой момент времени.Thus, the proposed system achieves the same result as before, namely, the measurement of the angular velocity, but without switching the direction of the magnetic field. Therefore, we have the ability to measure the angular velocity at any time.

Поскольку в выражение (14) не входит значение сдвига частот от магнитного поля, а измерение ΔFp производится непрерывно, то влияние нестабильности магнитного поля в предлагаемом способе полностью исключается.Since expression (14) does not include the value of the frequency shift from the magnetic field, and the measurement of ΔF p is performed continuously, the effect of the instability of the magnetic field in the proposed method is completely excluded.

В заключение отмечаем, что предлагаемый способ может быть использован для измерения величины и внешней составляющей магнитного поля. Для этого необходимо сложить (12) и (13), с тем чтобы выделить сигнал

Figure 00000024
, обусловленный только магнитным полем. Изменение величины
Figure 00000025
будет нести информацию об изменении внешнего магнитного поля.In conclusion, we note that the proposed method can be used to measure the magnitude and the external component of the magnetic field. To do this, add (12) and (13) in order to isolate the signal
Figure 00000024
due to magnetic field only. Change in magnitude
Figure 00000025
will carry information about changes in the external magnetic field.

Литература:Literature:

1. Васильев В.П. "Вопросы специальной радиоэлектроники". Серия XII, вып. 14, 1965 г. стр. 3-20.1. Vasiliev, V.P. "Questions of special electronics". Series XII, issue. 14, 1965, p. 3-20.

Claims (1)

Способ измерения угловых скоростей объектов с помощью кольцевого оптического квантового генератора, при котором электромагнитные волны встречных лучей поляризуют во взаимно перпендикулярных плоскостях, например, с помощью зеркал, и пропускают через невзаимный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, расширения диапазона измерений и определения направления углового перемещения, электромагнитные волны с взаимно перпендикулярными поляризациями разделяют за пределами резонатора, например, с помощью призм Волластона, объединяют встречные волны с одинаковыми поляризациями, выделяют две разностные частоты, сравнивают их на детекторе и выделяют величину угловой скорости.The method of measuring the angular velocities of objects using an annular optical quantum generator, in which the electromagnetic waves of the oncoming rays polarize in mutually perpendicular planes, for example, using mirrors, and pass through a non-reciprocal element, characterized in that determining the direction of the angular displacement, electromagnetic waves with mutually perpendicular polarizations are separated outside the resonator, for example, using Wollaston prisms, combine opposite waves with the same polarizations, select two difference frequencies, compare them at the detector and highlight the angular velocity.
SU0000986661A 1967-08-25 1967-08-25 The method of measuring the angular velocities of objects using a ring optical quantum generator SU1841279A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU0000986661A SU1841279A1 (en) 1967-08-25 1967-08-25 The method of measuring the angular velocities of objects using a ring optical quantum generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU0000986661A SU1841279A1 (en) 1967-08-25 1967-08-25 The method of measuring the angular velocities of objects using a ring optical quantum generator

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU864209038A Addition SU1423309A2 (en) 1986-12-15 1986-12-15 Gear-cutting mill

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU1841279C true RU1841279C (en) 2018-12-06
SU1841279A1 SU1841279A1 (en) 2018-12-06

Family

ID=64754508

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1841279A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3891321A (en) Optical method and apparatus for measuring the relative displacement of a diffraction grid
CA1154955A (en) Process and device for modulating the phase of the waves traveling in a ring interferometer
US3523735A (en) Interferometer system for distance measurement
US3482436A (en) Vibration responsive apparatus
US4180328A (en) Interferometer which corrects for spurious vibrations
US3863144A (en) High sensitivity gradient magnetometer
US11133117B2 (en) Atomic interferometer system
US3649125A (en) Direction sensing method and apparatus for laser doppler velocity measurements
US3463924A (en) Opposite circularly-polarized optical heterodyne detection system
RU2117251C1 (en) Laser gyroscope
US4286878A (en) Optical fibre interferometric gyrometer with polarization switching
RU1841279C (en) The method of measuring the angular velocities of objects using a ring optical quantum generator
RU2475785C1 (en) Gravitational wave detector
Dahlquist et al. Zeeman laser interferometer
RU2110077C1 (en) Method determining course angle and coordinates of locations of objects by radio signals of spacecraft of satellite radio navigation systems
Martin et al. Fiber optic laser gyro signal detection and processing technique
Newburgh et al. Acoustic and magnetic surface wave ring interferometers for rotation rate sensing
US3433568A (en) Motion sensing apparatus
Vugal’Ter et al. Sagnac effect in ring interferometers on “slow” waves
RU2167397C2 (en) Laser gyroscope
GB1437119A (en) Device for measuring the phase shift of radiation
Berger Application of laser techniques to geodesy and geophysics
US5517306A (en) Method and apparatus for measuring angular velocity of a transparent object
SU1080012A1 (en) Electro-optical method of measuring distance
SU1645818A1 (en) Phasic light distance finder