[go: up one dir, main page]

RU2397446C2 - Method of capture area exclusion in laser gyroscope and device for its realisation (laser gyroscope) - Google Patents

Method of capture area exclusion in laser gyroscope and device for its realisation (laser gyroscope) Download PDF

Info

Publication number
RU2397446C2
RU2397446C2 RU2008104949/28A RU2008104949A RU2397446C2 RU 2397446 C2 RU2397446 C2 RU 2397446C2 RU 2008104949/28 A RU2008104949/28 A RU 2008104949/28A RU 2008104949 A RU2008104949 A RU 2008104949A RU 2397446 C2 RU2397446 C2 RU 2397446C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ring laser
inputs
laser
outputs
control unit
Prior art date
Application number
RU2008104949/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008104949A (en
Inventor
Валерий Иванович Гупалов (RU)
Валерий Иванович Гупалов
Александр Михайлович Боронахин (RU)
Александр Михайлович Боронахин
Original Assignee
Валерий Иванович Гупалов
Александр Михайлович Боронахин
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 Валерий Иванович Гупалов, Александр Михайлович Боронахин filed Critical Валерий Иванович Гупалов
Priority to RU2008104949/28A priority Critical patent/RU2397446C2/en
Publication of RU2008104949A publication Critical patent/RU2008104949A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2397446C2 publication Critical patent/RU2397446C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making.
SUBSTANCE: method of capture area exclusion means that mode of counterbeam periodic unidirectional emission is created in ring laser, and phase incursion of each counterbeam of ring laser are transfered on differential frequency electric signal with the help of optical heterodyning. Thereafter their difference in proximate references shall be proportional to rate of angle increase rusulting, from projection of absolute angular velocity Ω on the ring laser response axis during variation period. Laser hyroscope comprises ring laser, two beam-adding circuit, two light-sensitive detector, processing and control unit, as well as unidirectional emission shuffling circuit within ring laser resonator, optical heterodyne. Its output is optically linked with inputs of beam-adding circuit, and secondary inputs of beam-adding circuit are optically linked with ring laser counterbeams, and processing and control unit outputs contain code of angular velocity in inertial space during veriation period.
EFFECT: higher gyroscope accuracy.
2 cl, 3 dwg

Description

Использование: для построения лазерных гироскопов нового поколения. Сущность изобретения: способ заключается в том, что в кольцевом лазере получают режим периодической однонаправленной генерации встречных лучей, затем при помощи оптического гетеродирования переносят набег фаз каждого из встречных лучей на электрический сигнал разностной частоты.Usage: for building a new generation of laser gyroscopes. The essence of the invention: the method consists in the fact that in the ring laser receive the regime of periodic unidirectional generation of oncoming rays, then using the optical heterodyning transfer phase incursion of each of the oncoming rays on an electric signal of difference frequency.

Затем измеряют набег фаз каждого из электрических сигналов, далее определяют разность набегов фаз двух соседних отсчетов, которая пропорциональна приращению угла, вызванного проекцией абсолютной угловой скорости на ось чувствительности кольцевого лазера за период измерения.Then, the phase shift of each of the electrical signals is measured, then the phase difference of the two neighboring samples is determined, which is proportional to the increment of the angle caused by the projection of the absolute angular velocity on the sensitivity axis of the ring laser for the measurement period.

Лазерный гироскоп, содержащий кольцевой лазер, две схемы сложения лучей, два фотоприемника, выходы которых оптически сопряжены с выходами схем сложения лучей, блок обработки и управления, информационные входы которого соединены с выходами фотоприемников, схема коммутации однонаправленной генерации, расположенная в резонаторе кольцевого лазера, управляющие входы которой соединены с управляющими выходами блока обработки и управления, оптический гетеродин, выходы которого оптически сопряжены с входами схем сложения лучей, а вторые входы схем сложения лучей оптически сопряжены со встречными лучами кольцевого лазера. Выходы блока обработки и управления содержат код приращения угла в инерциальном пространстве за период измерения.A laser gyroscope containing a ring laser, two beam-adding circuits, two photodetectors, the outputs of which are optically coupled to the outputs of the beam-adding circuits, a processing and control unit, the information inputs of which are connected to the photodetector outputs, a unidirectional generation switching circuit located in the ring laser resonator, controlling the inputs of which are connected to the control outputs of the processing and control unit, an optical local oscillator, the outputs of which are optically coupled to the inputs of the beam adding circuits, and the second input The beam addition schemes are optically coupled to the oncoming beams of a ring laser. The outputs of the processing and control unit contain the code of the increment of the angle in inertial space for the measurement period.

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения угловых скоростей и углов и применяется в навигационных, измерительных и других системах.The invention relates to the field of instrumentation and is intended for measuring angular velocities and angles and is used in navigation, measuring and other systems.

Известны способы уменьшения влияния зоны захвата [1], заключающиеся во введении как постоянных, так и переменных подставок, однако взаимодействие встречных лучей приводит к целому ряду нелинейных эффектов, влияющих на нестабильность сдвига нуля и нестабильность масштабного множителя. Причиной этого является отсутствие полной взаимности встречных лучей, препятствующая реализации потенциальных возможностей лазерного гироскопа.Known methods for reducing the influence of the capture zone [1], which consist of introducing both constant and variable supports, however, the interaction of counterpropagating rays leads to a number of nonlinear effects that affect the instability of the zero shift and the instability of the scale factor. The reason for this is the lack of complete reciprocity of the oncoming rays, which impedes the realization of the potential capabilities of the laser gyro.

Поэтому недостатком всех известных способов является неполное исключение зоны захвата.Therefore, the disadvantage of all known methods is the incomplete exclusion of the capture zone.

Задачей изобретения является исключение зоны захвата и тем самым увеличение точности лазерных гироскопов.The objective of the invention is to eliminate the capture zone and thereby increase the accuracy of laser gyroscopes.

Для решения поставленной задачи в способе исключения зоны захвата в лазерном гироскопе в кольцевом лазере получают режим периодической однонаправленной генерации встречных лучей, затем при помощи оптического гетеродирования переносят набег фаз каждого из встречных лучей на электрический сигнал разностной частоты, затем по очереди измеряют набег фаз каждого из полученных электрических сигналов, далее определяют разность соседних отсчетов набега фаз, пропорциональную приращению угла, вызванного проекцией абсолютной угловой скорости на ось чувствительности кольцевого лазера за период измерения.To solve the problem, in the method of eliminating the capture zone in a laser gyroscope in a ring laser, the mode of periodic unidirectional generation of counterpropagating rays is obtained, then the phase incidence of each of the counterpropagating rays is transferred to the difference-frequency electric signal using optical heterododing, then the phase incidence of each of the obtained electrical signals, then determine the difference between adjacent samples of the phase incursion, proportional to the increment of the angle caused by the projection of the absolute angular velocity on the axis of sensitivity of a ring laser of the measurement period.

Для решения поставленной задачи в лазерный гироскоп введены схема коммутации однонаправленной генерации, расположенная в резонаторе кольцевого лазера, управляющие входы которой соединены с управляющими выходами блока обработки и управления, оптический гетеродин, выход которого оптически сопряжен с входами схем сложения лучей, а вторые входы схем сложения лучей оптически сопряжены со встречными лучами кольцевого лазера, причем выходы блока обработки и управления содержат код приращения угла в инерциальном пространстве за период измерения.To solve the problem, a unidirectional generation switching circuit is introduced into the laser gyroscope, located in the cavity of the ring laser, the control inputs of which are connected to the control outputs of the processing and control unit, an optical local oscillator whose output is optically coupled to the inputs of the beam addition circuits, and the second inputs of the beam addition circuits optically coupled to the oncoming beams of the ring laser, and the outputs of the processing and control unit contain the code of the increment of the angle in the inertial space for the period of measurement rhenium.

Обоснование предложенного способа заключается в следующем. Периодическая коммутация однонаправленной генерации в кольцевом лазере может быть получена как на основе эффекта подавления встречных лучей в магнитном поле [2], так и на других нелинейных оптических эффектах, например, в жидкокристаллических оптических ячейках (модуляторах), управляемых электрическим полем и т.д. На фиг.1 приведена временная диаграмма, объясняющая работу способа. На фиг.1 обозначены: tп - время переключения (время существования двунаправленной генерации встречных лучей); tи - время измерения (время однонаправленной генерации); T - период дискретизации.The rationale for the proposed method is as follows. Periodic unidirectional lasing in a ring laser can be obtained both on the basis of the effect of suppressing counterpropagating rays in a magnetic field [2], and on other nonlinear optical effects, for example, in liquid crystal optical cells (modulators) controlled by an electric field, etc. Figure 1 shows a timing diagram explaining the operation of the method. Figure 1 marked: t p - switching time (the lifetime of the bi-directional generation of oncoming rays); t and - measurement time (unidirectional generation time); T is the sampling period.

Так как на измерительном интервале времени tи существует только однонаправленная генерация, то масштабный коэффициент будет иметь видSince the measuring time interval t and there exists only a one-way generation, the scale factor will have the form

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где:Where:

S - площадь резонатора кольцевого лазера;S is the resonator area of the ring laser;

L - длина периметра кольцевого лазера;L is the length of the perimeter of the ring laser;

λ - длина волны.λ is the wavelength.

Учитывая, что измерение происходит лишь на доле периода дискретизации, следует ввести поправочный коэффициентGiven that the measurement takes place only on a fraction of the sampling period, a correction factor should be introduced

Figure 00000002
.
Figure 00000002
.

Тогда разность набегов фаз за период дискретизации будетThen the phase difference for the sampling period will be

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где:Where:

Ω - проекция абсолютной угловой скорости на ось чувствительности кольцевого лазера.Ω is the projection of the absolute angular velocity on the sensitivity axis of the ring laser.

На фиг.2 представлена схема лазерного гироскопа. Лазерный гироскоп содержит кольцевой лазер 1, две схемы сложения лучей 2 и 3, два фотоприемника 4 и 5, входы которых оптически сопряжены с выходами соответствующих схем сложения лучей 2 и 3, блок обработки и управления 6, информационные входы которого 9 и 10 соединены с выходами фотоприемников 4 и 5, схема коммутации однонаправленной генерации 7, расположенная в резонаторе кольцевого лазера 1, управляющие входы которой соединена с управляющими выходами 11 и 12 блока обработки и управления 6, оптический гетеродин 8, выходы которого оптически сопряжены с входами схем сложения лучей 2 и 3, а вторые входы схем сложения лучей 2 и 3 оптически сопряжены со встречными лучами кольцевого лазера 1. Выходы блока обработки и управления 6 содержат код приращения угла в инерциальном пространстве за время измерения T.Figure 2 presents a diagram of a laser gyro. The laser gyroscope contains a ring laser 1, two addition schemes for rays 2 and 3, two photodetectors 4 and 5, the inputs of which are optically coupled to the outputs of the respective addition schemes for rays 2 and 3, a processing and control unit 6, the information inputs of which 9 and 10 are connected to the outputs photodetectors 4 and 5, a unidirectional generation switching circuit 7, located in the cavity of the ring laser 1, the control inputs of which are connected to the control outputs 11 and 12 of the processing and control unit 6, an optical local oscillator 8, the outputs of which are optically coupled with the inputs of the schemes of addition of rays 2 and 3, and the second inputs of the schemes of addition of rays 2 and 3 are optically coupled to the oncoming beams of the ring laser 1. The outputs of the processing and control unit 6 contain the code of the increment of the angle in inertial space during the measurement T.

Схема коммутации однонаправленной генерации 7 может быть выполнена в виде анизотропной пластины, размещенной в пассивной части кольцевого лазера 1, и соленоида, создающего аксиальное магнитное поле в активной зоне кольцевого лазера 1 [2]. Если схема коммутации однонаправленной генерации 7, как описано выше, то блок обработки и управления может быть выполнен в виде, представленном на фиг.3. На фиг.3 обозначены: мультиплексор 13, входы которого соединены с выходами фотоприемников 4 и 5, счетчик 14, вход которого соединен с выходом мультиплексора 13, источник тока 15, выходы которого соединены со входами схемы коммутации однонаправленной генерации 7, контроллер 16, входы которого соединены с выходами счетчика 14.The unidirectional generation switching circuit 7 can be made in the form of an anisotropic plate placed in the passive part of the ring laser 1, and a solenoid that creates an axial magnetic field in the active zone of the ring laser 1 [2]. If the switching circuit of unidirectional generation 7, as described above, the processing and control unit can be made in the form shown in Fig.3. Figure 3 shows: multiplexer 13, the inputs of which are connected to the outputs of the photodetectors 4 and 5, a counter 14, the input of which is connected to the output of the multiplexer 13, a current source 15, the outputs of which are connected to the inputs of the unidirectional generation switching circuit 7, the controller 16, the inputs of which connected to the outputs of the counter 14.

Управляющие выходы контролера 16 соединены с управляющими входами мультиплексора 13, счетчика 14 и источника тока 15, а информационные выходы содержат код приращения угла в инерциальном пространстве за время Т. Время tп обусловлено переходными процессами в схеме коммутации однонаправленной генерации 7, а режим двунаправленной генерации за это время используется для формирования управляющих сигналов по стабилизации периметра и мощности накачки кольцевого лазера 1. Время tи выбирается исходя из необходимого периода дискретизации Т. Контроллер 16, кроме управления режимом работы лазерного гироскопа, определяет разность набегов фаз электрических сигналов, осуществляет масштабирование, а также управляет всеми подсистемами кольцевого лазера (стабилизации периметра, мощности накачки и т.д.).The control outputs of the controller 16 are connected to the control inputs of the multiplexer 13, the counter 14 and the current source 15, and the information outputs contain the code of the increment of the angle in the inertial space for time T. The time t p is due to transients in the switching circuit of unidirectional generation 7, and the bi-directional generation mode this time is used for generating control signals for the stabilization and perimeter ring laser power pump 1. The time t and is selected based on the necessary sampling period T. control In addition to controlling the operating mode of the laser gyroscope, lerr 16 determines the phase difference between the phases of electrical signals, performs scaling, and also controls all subsystems of a ring laser (stabilization of the perimeter, pump power, etc.).

Таким образом, решена задача по полному исключению зоны захвата лазерных гироскопов, что должно значительно повысить точность и стабильность последних.Thus, the problem of the complete exclusion of the capture zone of laser gyroscopes was solved, which should significantly increase the accuracy and stability of the latter.

ЛитератураLiterature

1. Ароновиц Ф. Лазерные гироскопы // В кн.: «Применение лазеров». - М.: Мир, 1974.1. Aronowitz F. Laser gyroscopes // In the book: "The use of lasers." - M .: Mir, 1974.

2. Гупалов В.И., Мынбаев Д.К. О влиянии магнитного поля на лазерный гироскоп// Сборник статей. Под ред. Проф. П.И.Сайдова. - Л.: Издательство Ленинградского университета, 1973, С.24-27.2. Gupalov V.I., Mynbaev D.K. On the influence of a magnetic field on a laser gyroscope // Collection of articles. Ed. Prof. P.I. Saidova. - L .: Publishing house of the Leningrad University, 1973, S.24-27.

Claims (2)

1. Способ исключения зоны захвата в лазерном гироскопе, заключающийся в том, что в кольцевом лазере получают режим периодической однонаправленной генерации встречных лучей, затем при помощи оптического гетеродирования переносят набег фаз каждого из встречных лучей кольцевого лазера на электрический сигнал разностной частоты, затем по очереди измеряют набег фаз каждого из полученных электрических сигналов, далее определяют разность соседних отсчетов набега фаз, пропорциональную приращению угла, вызванного проекцией абсолютной угловой скорости на ось чувствительности кольцевого лазера за период измерения.1. A method of eliminating the capture zone in a laser gyroscope, which consists in the fact that in the ring laser receive the regime of periodic unidirectional generation of counterpropagating rays, then using the optical heterodyne transfer phase incidence of each of the counterpropagating rays of the ring laser on an electric signal of a difference frequency, then measure in turn the phase shift of each of the received electrical signals, then determine the difference between adjacent samples of the phase shift, proportional to the increment of the angle caused by the projection of the absolute angular th speed on the sensitivity axis of the ring laser for the measurement period. 2. Лазерный гироскоп, содержащий кольцевой лазер, две схемы сложения лучей, два фотоприемника, входы которых оптически сопряжены с выходами соответствующих схем сложения лучей, блок обработки и управления, информационные входы которого соединены с выходами фотоприемников, отличающийся тем, что, с целью исключения зоны захвата, в него введены схема коммутации однонаправленной генерации, расположенная в резонаторе кольцевого лазера, управляющие входы которой соединены с управляющими выходами блока обработки и управления, оптический гетеродин, выходы которого оптически сопряжены с входами схем сложения лучей, а вторые входы схем сложения лучей оптически сопряжены со встречными лучами кольцевого лазера, причем выходы блока обработки и управления содержат код приращения угла в инерциальном пространстве за период измерения. 2. A laser gyroscope containing a ring laser, two beam adding circuits, two photodetectors, the inputs of which are optically coupled to the outputs of the corresponding beam adding circuits, a processing and control unit, the information inputs of which are connected to the outputs of the photodetectors, characterized in that, in order to exclude the zone capture, it introduced a unidirectional generation switching circuit located in the resonator of a ring laser, the control inputs of which are connected to the control outputs of the processing and control unit, optical Goethe homeland, the outputs of which are optically coupled to the inputs of the beam-adding circuits, and the second inputs of the beam-adding circuits are optically coupled to the oncoming beams of the ring laser, and the outputs of the processing and control unit contain an increment code of the angle in inertial space for the measurement period.
RU2008104949/28A 2008-02-04 2008-02-04 Method of capture area exclusion in laser gyroscope and device for its realisation (laser gyroscope) RU2397446C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008104949/28A RU2397446C2 (en) 2008-02-04 2008-02-04 Method of capture area exclusion in laser gyroscope and device for its realisation (laser gyroscope)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008104949/28A RU2397446C2 (en) 2008-02-04 2008-02-04 Method of capture area exclusion in laser gyroscope and device for its realisation (laser gyroscope)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008104949A RU2008104949A (en) 2009-08-10
RU2397446C2 true RU2397446C2 (en) 2010-08-20

Family

ID=41049192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008104949/28A RU2397446C2 (en) 2008-02-04 2008-02-04 Method of capture area exclusion in laser gyroscope and device for its realisation (laser gyroscope)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2397446C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5347359A (en) * 1987-10-19 1994-09-13 Litton Systems, Inc. Apparatus and method for correcting ring laser gyroscope phase angle errors induced by lock-in
RU2117251C1 (en) * 1997-05-06 1998-08-10 Научный центр гравитационно-волновых исследований "Дулкын" АН Республики Татарстан Laser gyroscope
RU22536U1 (en) * 2001-09-05 2002-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова OPTICAL GYROSCOPE

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5347359A (en) * 1987-10-19 1994-09-13 Litton Systems, Inc. Apparatus and method for correcting ring laser gyroscope phase angle errors induced by lock-in
RU2117251C1 (en) * 1997-05-06 1998-08-10 Научный центр гравитационно-волновых исследований "Дулкын" АН Республики Татарстан Laser gyroscope
RU22536U1 (en) * 2001-09-05 2002-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова OPTICAL GYROSCOPE

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АРОНОВИЦ Ф. Лазерные гироскопы. В кн. «Применение лазеров». - М.: Мир, 1974, с.201-206. *
ГУПАЛОВ В.И. и др. О влиянии магнитного поля на лазерный гироскоп. Сборник статей, п. ред. проф. П.И.Сайдова. - Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1973, с.24-27. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008104949A (en) 2009-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111174773B (en) A Multi-Closed-Loop Algorithm for Fiber Optic Gyroscopes Based on Polyphase Modulation and Demodulation
Stockton et al. Absolute geodetic rotation measurement using atom interferometry
CN103115628B (en) A kind of resonant mode optical gyroscope scale factor method of testing
EP3048420A1 (en) Systems and methods for an optical frequency comb stimulated brillouin scattering gyroscope with rigid optical waveguide resonator
EP3093618A1 (en) Systems and methods for resonance switching resonator fiber optic gyroscopes (rfogs) with feed-forward processing
JP5362180B2 (en) Asynchronous demodulation of fiber optic gyroscope
AU2020203005B2 (en) Atomic interferometer system
RU2130587C1 (en) Method of processing of signal of circular interferometer of fiber-optics gyroscope (versions)
Celikel et al. Establishment of all digital closed-loop interferometric fiber-optic gyroscope and scale factor comparison for open-loop and all digital closed-loop configurations
RU2160885C1 (en) Method of stabilization of scale factor of fiber-optical gyroscope
RU2397446C2 (en) Method of capture area exclusion in laser gyroscope and device for its realisation (laser gyroscope)
RU2512599C1 (en) Method of improving accuracy of closed-loop fibre-optic gyroscope
US20220082385A1 (en) Polarization-maintaining fully-reciprocal bi-directional optical carrier microwave resonance system and angular velocity measurement method thereof
RU2343417C1 (en) Method of low-frequency phase modulation for stabilisation of scale factor of fibre gyroscope
RU2482450C1 (en) Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope
Shevchenko et al. RESEARCHOF MAGNETIC RESONANCE QUALITY FACTOR DEPENDENCE ON CESIUM DISTRIBUTION IN QUANTUM ROTATION SENSOR CELL
RU2626019C1 (en) Method of improving accuracy of fibre-optic gyroscope with closed loop
RU2246097C2 (en) Method of phase modulation in ringular interferometer of fiber-optic gyro
RU2146807C1 (en) Method of compensation of phase difference in ring interferometer of fiber-optical gyroscope
RU2570096C1 (en) Method to reject ring resonators of laser gyroscopes
RU2791671C1 (en) Fiber optic angular velocity sensor and method for measuring angular velocity
CN1328585C (en) Space optical path interference type low-light apparatus electric top
RU2740167C1 (en) Dual-mode zeeman laser gyroscope
RU2795737C1 (en) Fiber optic angular rate sensor
RU2793727C1 (en) Angular rate sensor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100807