RU2810720C1 - Method and device for extracting rotation information in four-frequency zeeman laser gyroscope - Google Patents
Method and device for extracting rotation information in four-frequency zeeman laser gyroscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810720C1 RU2810720C1 RU2023129386A RU2023129386A RU2810720C1 RU 2810720 C1 RU2810720 C1 RU 2810720C1 RU 2023129386 A RU2023129386 A RU 2023129386A RU 2023129386 A RU2023129386 A RU 2023129386A RU 2810720 C1 RU2810720 C1 RU 2810720C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- signals
- mode
- cycle
- output
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии.The invention relates to laser technology, namely laser gyroscopy.
Известны способ и устройство получения информации о вращении лазерного гироскопа с фарадеевским невзаимным устройством на основе постоянного магнита [1]. В них для получения информации о вращении используется оптический смеситель, фотоприемники, выходы которых подключены к входам устройства электронного разделения мод, выход устройства электронного разделения мод подключен к управляющим входам пьезоприводов зеркал кольцевого лазера через последовательно соединенные преобразователь среднеквадратичного значения амплитуд сигналов в уровни постоянного тока, разностный усилитель, интегратор и оконечный усилитель.A known method and device for obtaining information about the rotation of a laser gyroscope with a Faraday non-reciprocal device based on a permanent magnet [1]. To obtain information about rotation, they use an optical mixer, photodetectors, the outputs of which are connected to the inputs of the electronic mode separation device, the output of the electronic mode separation device is connected to the control inputs of the piezo drives of the ring laser mirrors through a series-connected converter of the rms value of signal amplitudes into direct current levels, a difference amplifier, integrator and final amplifier.
Недостатком этого способа и устройства является то, что они работают в лазерном гироскопе с фарадеевским невзаимным устройством на основе постоянного магнита, которое создает постоянную частотную подставку, и непригодно для лазерного гироскопа с зеемановским невзаимным устройством, которое создает знакопеременную частотную подставку.The disadvantage of this method and device is that they work in a laser gyroscope with a Faraday non-reciprocal device based on a permanent magnet, which creates a constant frequency bias, and is unsuitable for a laser gyroscope with a Zeeman non-reciprocal device, which creates an alternating frequency bias.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемым способу и устройству является способ и устройство регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа [2].The closest in technical essence to the proposed method and device is the method and device for adjusting the perimeter of a four-frequency Zeeman laser gyroscope [2].
В этом способе в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе получают синусно-косинусные сигналы гетеродинирования частот биений встречных волн двух продольных ортогональных мод при помощи оптического смесителя, разделяют сигналы биений этих мод, подсчитывают за каждый полупериод синхросигнала число импульсов частоты биений мод при помощи блока счетчиков, вычисляют частоты вращения и сигнала расстройки периметра с помощью процессора.In this method, in a four-frequency Zeeman laser gyroscope, sine-cosine signals are obtained for heterodyning the beat frequencies of counterpropagating waves of two longitudinal orthogonal modes using an optical mixer, the beat signals of these modes are separated, the number of pulses of the beat frequency of the modes is counted for each half-cycle of the synchronizing signal using a block of counters, and the frequencies are calculated rotation and perimeter detuning signal using a processor.
Недостатком этого способа является то, что для оптического разделения сигналов биений встречных волн продольных ортогональных мод используется сложная конструкция оптического смесителя (содержащего специальные оптические компенсаторы и поляризационно-анизотропные элементы). Сложная конструкция оптического смесителя приводит к дополнительным потерям выходной мощности и обратному рассеянию света, а также удорожанию устройства.The disadvantage of this method is that for the optical separation of beat signals of counterpropagating waves of longitudinal orthogonal modes, a complex design of an optical mixer (containing special optical compensators and polarization-anisotropic elements) is used. The complex design of the optical mixer leads to additional output power losses and backscattering of light, as well as increased cost of the device.
Известное устройство регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа [2] включает фотоприемники выходного излучения кольцевого лазера, оснащенного четырьмя зеркалами, первое и второе из которых выполнены с пьезоприводом, третье является отражающим, а на четвертом 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 частот биений встречных волн продольных ортогональных мод, 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.A known device for adjusting the perimeter of a four-frequency Zeeman laser gyroscope [2] includes photodetectors of the output radiation of a ring laser equipped with four mirrors, the first and second of which are made with a piezo drive, the third is reflective, and on the fourth there is an optical mixer that forms the output radiation of the ring laser, as well as a frequency support block, the coils of which are included in the arms of the ring laser, and a clock pulse generator, the first output of which is connected to the input of the frequency support block, a block of pulse counters for signal frequencies of beats of counterpropagating waves of longitudinal orthogonal modes, 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 output of the clock pulse 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 piezo drives of the first and second mirrors of the ring laser.
Недостатком известного устройства является необходимость использования кольцевого лазера с малым углом падения на зеркало с оптическим смесителем, а также сложная конструкция оптического смесителя. Получение малого угла падения на выходное зеркало сопряжено со значительным уменьшением масштабного коэффициента лазерного гироскопа или с нарушением симметрии резонатора.The disadvantage of the known device is the need to use a ring laser with a small angle of incidence on a mirror with an optical mixer, as well as the complex design of the optical mixer. Obtaining a small angle of incidence on the output mirror is associated with a significant decrease in the scale factor of the laser gyroscope or with a violation of the symmetry of the resonator.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности использования кольцевого лазера с большим углом падения и упрощенной конструкции оптического смесителя.The objective of the present invention is to provide the possibility of using a ring laser with a large incidence angle and a simplified design of an optical mixer.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа, включающем получение синусно-косинусных сигналов гетеродинирования частот биений встречных волн двух продольных ортогональных мод при помощи оптического смесителя, разделение сигналов биений этих мод, подсчет за каждый полупериод синхросигнала числа импульсов частоты биений мод при помощи блока счетчиков, вычисление частоты вращения и сигнала расстройки периметра с помощью процессора, с помощью устройства электронного разделения мод синусно-косинусные сигналы гетеродинирования частот биений мод преобразуют в два сигнала, в одном из которых в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, во втором сигнале в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды и учитывают чередование сигналов в процессоре при вычислении частоты вращения и сигнала расстройки периметра.The problem is solved due to the fact that in the known method of adjusting the perimeter of a four-frequency Zeeman laser gyroscope, including obtaining sine-cosine signals for heterodyning the beat frequencies of counterpropagating waves of two longitudinal orthogonal modes using an optical mixer, separating the beat signals of these modes, counting the number for each half-cycle of the clock signal mode beat frequency pulses using a counter block, calculation of the rotation frequency and perimeter detuning signal using a processor, using an electronic mode separation device, sine-cosine mode beat frequency heterodyning signals are converted into two signals, in one of which a signal is generated during the first half-cycle of the clock signal of the first mode, during the second half-cycle of the clock signal a signal of the second mode is formed, in the second signal during the first half-cycle of the clock signal a signal of the second mode is formed, during the second half-cycle of the clock signal a signal of the first mode is formed and the alternation of signals in the processor is taken into account when calculating the rotation speed and the perimeter mismatch signal.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа, включающем фотоприемники выходного излучения кольцевого лазера, оснащенного четырьмя зеркалами, первое и второе из которых выполнены с пьезоприводом, третье является отражающим, а на четвертом 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 частот биений встречных волн продольных ортогональных мод, процессор, первый вход которого соединен с выходом блока счетчиков, 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, выход соединен с управляющими входами пьезоприводов первого и второго зеркал кольцевого лазера, выходы фотоприемников соединены со входами дополнительно установленного устройства электронного разделения сигналов биений встречных волн продольных ортогональных мод, выходы этого устройства соединены со входом блока счетчиков.The problem is solved due to the fact that in the known device for adjusting the perimeter of a four-frequency Zeeman laser gyroscope, including photodetectors of the output radiation of a ring laser equipped with four mirrors, the first and second of which are made with a piezo drive, the third is reflective, and on the fourth there is an optical mixer that forms output radiation of the ring laser, as well as a frequency support unit, the coils of which are included in the arms of the ring laser, and a clock pulse generator, the first output of which is connected to the input of the frequency support unit, a block of pulse counters for signals of beat frequencies of counterpropagating waves of longitudinal orthogonal modes, a processor, the first input of which connected to the output of the counter block, the second input is connected to the second output of the clock pulse 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, the output is connected to the control inputs of the piezo drives of the first and second mirrors ring laser, the outputs of the photodetectors are connected to the inputs of an additionally installed device for electronic separation of signals from the beats of counterpropagating waves of longitudinal orthogonal modes, the outputs of this device are connected to the input of the counter block.
Суть предлагаемого способа заключается в том, что для выделения информации о вращении в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе с помощью устройства электронного разделения мод синусно-косинусные сигналы гетеродинирования частот биений мод преобразуют в два сигнала, в одном из которых в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, во втором сигнале в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды и учитывают чередование сигналов в процессоре при вычислении частоты вращения и сигнала расстройки периметра.The essence of the proposed method is that in order to extract information about rotation in a four-frequency Zeeman laser gyroscope using an electronic mode separation device, sine-cosine heterodyning signals of mode beat frequencies are converted into two signals, in one of which a signal of the first mode is formed during the first half-cycle of the clock signal , during the second half-cycle of the clock signal a signal of the second mode is formed, in the second signal during the first half-cycle of the clock signal a signal of the second mode is formed, during the second half-cycle of the clock signal a signal of the first mode is formed and the alternation of signals in the processor is taken into account when calculating the rotation speed and the perimeter mismatch signal.
Предложенное устройство поясняется чертежом. На чертеже представлены:The proposed device is illustrated in the drawing. The drawing shows:
на фиг. 1 - функциональная схема устройства выделения информации о вращении в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе;in fig. 1 is a functional diagram of a device for extracting information about rotation in a four-frequency Zeeman laser gyroscope;
на фиг. 2 - структурная схема устройства электронного разделения мод;in fig. 2 - block diagram of an electronic mode separation device;
на фиг. 3 - входные сигналы гетеродинирования частот биений встречных волн продольных ортогональных мод;in fig. 3 - input signals for heterodyning the beat frequencies of counterpropagating waves of longitudinal orthogonal modes;
на фиг. 4 - выходные сигналы устройства электронного разделения мод;in fig. 4 - output signals of the electronic mode separation device;
Устройство для выделения информации о вращении в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе (фиг. 1) содержит кольцевой лазер 1, включающий фотоприемники 2 выходного излучения, оснащенный четырьмя зеркалами, первое 3 и второе 4 из которых выполнены с пьезоприводом, третье 5 является отражающим, а на четвертом 6 установлен оптический смеситель 7, формирующий выходное излучение кольцевого лазера, блок 8 частотной подставки с катушками 9, генератор синхроимпульсов 10, блок 11 счетчиков импульсов сигналов частот биений встречных волн продольных ортогональных мод, процессор 12, цифро-аналоговый преобразователь 13, усилитель 14 и устройство 15 электронного разделения сигналов биений встречных волн продольных ортогональных мод.The device for isolating information about rotation in a four-frequency Zeeman laser gyroscope (Fig. 1) contains a
Предлагаемое устройство для выделения информации о вращении в четырехчастотном зеемановском лазерном гироскопе работает следующим образом. Выходной синусно-косинусный сигнал гетеродинирования частот биений встречных волн двух продольных ортогональных мод с фотоприемников 7 поступает на вход устройства 9 электронного разделения мод. Устройство 9 электронного разделения мод состоит из фазосдвигающих интегрирующих и дифференцирующих RC-цепей, каждая из которых осуществляет сдвиг фазы сигнала на (фиг. 2). Синусно-косинусные сигналы гетеродинирования частот биений мод преобразуются в два сигнала, в одном из которых в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, во втором сигнале в течение первого полупериода синхросигнала формируют сигнал второй моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируют сигнал первой моды. При помощи блока 14 счетчиков производят подсчет за каждый полупериод синхросигнала числа импульсов частоты биений мод, а с помощью процессора 15 учитывают чередование сигналов при вычислении частоты вращения и сигнала расстройки периметра.The proposed device for extracting rotation information in a four-frequency Zeeman laser gyroscope works as follows. The output sine-cosine signal for heterodyning the beat frequencies of counterpropagating waves of two longitudinal orthogonal modes from
Эффективность предложенного способа и работоспособность представленного устройства подтверждена компьютерным моделированием синусно-косинусных сигналов гетеродинирования частот биений встречных волн двух продольных ортогональных мод с фотоприемников, и их последующего прохождения через устройство электронного разделения мод. При наличии данных сигналов (фиг. 3) на входе электронного устройства разделения мод (фиг. 2), на выходе этого устройства формируются гармонические сигналы с частотой биений первой и второй моды (фиг. 4). В течение первого полупериода синхросигнала формируется сигнал первой моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируется сигнал второй моды, во втором сигнале в течение первого полупериода синхросигнала формируется сигнал второй моды, в течение второго полупериода синхросигнала формируется сигнал первой моды. Таким образом, предложенные способ и устройство позволяют использовать кольцевой лазер с большим углом падения и упросить конструкцию оптического смесителя.The effectiveness of the proposed method and the performance of the presented device are confirmed by computer modeling of sine-cosine signals for heterodyning the beat frequencies of counterpropagating waves of two longitudinal orthogonal modes from photodetectors, and their subsequent passage through an electronic mode separation device. If these signals (Fig. 3) are present at the input of the electronic mode separation device (Fig. 2), harmonic signals with the beat frequency of the first and second modes are generated at the output of this device (Fig. 4). During the first half-cycle of the clock signal, a signal of the first mode is generated, during the second half-cycle of the clock signal, a signal of the second mode is formed, in the second signal, during the first half-cycle of the clock signal, a signal of the second mode is formed, during the second half-cycle of the clock signal, a signal of the first mode is formed. Thus, the proposed method and device make it possible to use a ring laser with a large incidence angle and simplify the design of the optical mixer.
Источники информацииInformation sources
1. Пат. US 5116132, G01B 9/02, 356/350 Ring laser gyroscope output optic detection system / Robert A. Mitchell, David B. Hall, Kenneth W. Shafer: Litton Systems, Inc - заявл. 12.01.1990; опубл. 26.05.1992, 20 с.: 8 ил.1. Pat. US 5116132, G01B 9/02, 356/350 Ring laser gyroscope output optic detection system / Robert A. Mitchell, David B. Hall, Kenneth W. Shafer: Litton Systems, Inc - appl. 01/12/1990; publ. 05/26/1992, 20 p.: 8 ill.
2. Пат.2744420 Российская Федерация, МПК G01C 19/66, G01R 29/02, H01S 3/086. Устройство регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа / Горшков В.Н., Колбас Ю.Ю., Савельев И.И., Дронов И.В., Иванов М.А., Вареник А.И.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха". - Заявка №2020121811; заявл. 02.07.20; опубл. 09.03.21, Бюл. №7. - 11 с.: 4 ил.2. Pat. 2744420 Russian Federation, IPC G01C 19/66, G01R 29/02, H01S 3/086. Device for adjusting the perimeter of a four-frequency Zeeman laser gyroscope / Gorshkov V.N., Kolbas Yu.Yu., Savelyev I.I., Dronov I.V., Ivanov M.A., Varenik A.I.; applicant and patent holder Joint Stock Company "Polyus Research Institute named after M.F. Stelmakh". - Application No. 2020121811; appl. 07/02/20; publ. 03/09/21, Bulletin. No. 7. - 11 p.: 4 ill.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2810720C1 true RU2810720C1 (en) | 2023-12-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4836675A (en) * | 1987-06-29 | 1989-06-06 | Litton Systems, Inc. | Apparatus and method for detecting rotation rate and direction of rotation and providing cavity length control in multioscillator ring laser gyroscopes |
| US5116132A (en) * | 1990-01-12 | 1992-05-26 | Litton Systems, Inc. | Ring laser gyroscope output optics detection system |
| RU2531028C1 (en) * | 2013-04-19 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") | Method to measure angular movements by laser gyroscope |
| RU2651612C1 (en) * | 2017-03-29 | 2018-04-23 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method of measuring the angular velocity of a laser gyroscope with alternating frequency support |
| 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 (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4836675A (en) * | 1987-06-29 | 1989-06-06 | Litton Systems, Inc. | Apparatus and method for detecting rotation rate and direction of rotation and providing cavity length control in multioscillator ring laser gyroscopes |
| US5116132A (en) * | 1990-01-12 | 1992-05-26 | Litton Systems, Inc. | Ring laser gyroscope output optics detection system |
| RU2531028C1 (en) * | 2013-04-19 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") | Method to measure angular movements by laser gyroscope |
| RU2651612C1 (en) * | 2017-03-29 | 2018-04-23 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method of measuring the angular velocity of a laser gyroscope with alternating frequency support |
| 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 |
|---|---|---|
| RU2810720C1 (en) | Method and device for extracting rotation information in four-frequency zeeman laser gyroscope | |
| US3910373A (en) | Acoustic rotation rate sensor | |
| RU2651612C1 (en) | Method of measuring the angular velocity of a laser gyroscope with alternating frequency support | |
| RU2740167C1 (en) | Dual-mode zeeman laser gyroscope | |
| Martin et al. | Fiber optic laser gyro signal detection and processing technique | |
| RU2796228C1 (en) | Device for adjusting the perimeter of a four-frequency zeeman laser gyroscope | |
| RU2570096C1 (en) | Method to reject ring resonators of laser gyroscopes | |
| EP0537288A1 (en) | Single stage demodulator with reference signal phase dither. | |
| EP0501460B1 (en) | Synchronous detector | |
| RU2127867C1 (en) | Method of dynamic measurement of angular displacements | |
| RU2724242C1 (en) | System to adjust perimeter of zeeman laser gyroscope | |
| JPS63138208A (en) | Optical fiber gyro by phase modulation system | |
| RU2736737C1 (en) | System to adjust perimeter of zeeman laser gyroscope | |
| GB2028496A (en) | Interferometer gyro | |
| US5015095A (en) | Closed-loop fiber-optic angular rate sensor including a mixer arrangement for measuring rotational direction and rate | |
| RU2709428C1 (en) | Optical mixer of radiation of four-frequency laser gyroscope of zeeman type | |
| JPS61283812A (en) | Optical fiber gyroscope having wide dynamic range | |
| RU2735490C1 (en) | Method of determining sensitivity coefficient of perimeter of resonator of zeeman ring laser to effect of linear accelerations | |
| RU2397446C2 (en) | Method of capture area exclusion in laser gyroscope and device for its realisation (laser gyroscope) | |
| JPS58124956A (en) | Detector of rotating angle speed for optical fiber | |
| SU1645818A1 (en) | Phasic light distance finder | |
| JPH0352005B2 (en) | ||
| SU132332A1 (en) | Vibrating galvanometer | |
| RU1841279C (en) | The method of measuring the angular velocities of objects using a ring optical quantum generator | |
| JPH01123111A (en) | Phase modulation optical fiber gyro |