RU192588U1 - Block of laser gyroscopes - Google Patents
Block of laser gyroscopes Download PDFInfo
- Publication number
- RU192588U1 RU192588U1 RU2019110387U RU2019110387U RU192588U1 RU 192588 U1 RU192588 U1 RU 192588U1 RU 2019110387 U RU2019110387 U RU 2019110387U RU 2019110387 U RU2019110387 U RU 2019110387U RU 192588 U1 RU192588 U1 RU 192588U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- laser gyroscopes
- gyroscopes
- zeeman
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/66—Ring laser gyrometers
- G01C19/668—Assemblies for measuring along different axes, e.g. triads
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области приборостроения, а именно к бесплатформенным инерциальным навигационным системам (БИНС) на основе лазерных гироскопов.Блок лазерных гироскопов содержит три лазерных гироскопа, имеющих замкнутые контуры и выполненные в отдельных корпусах. Каждый из лазерных гироскопов имеет зеемановскую магнитооптическую частотную подставку для выведения рабочей характеристики из зоны захвата. Взаимное размещение и контакт лазерных гироскопов в блоке выбирают таким образом, чтобы с учетом излома непланарных резонаторов лазерных гироскопов, направления осей чувствительности и расположения активных каналов влияние зеемановской магнитооптической частотной подставки каждого из лазерных гироскопов распространялось не на один лазерный гироскоп, а на все три, причем с наибольшей эффективностью.Полезная модель позволяет обеспечить выведение рабочих характеристик двух и многочастотных лазерных гироскопов из зон захвата с использованием минимального электрического тока в катушках зеемановской магнитооптической частотной подставки, как следствие, уменьшить тепловыделение и градиенты температур, что повысит надежность и точность БИНС. 4 ил.The utility model relates to the field of instrumentation, namely to strapdown inertial navigation systems (SINS) based on laser gyroscopes. The laser gyroscope unit contains three laser gyroscopes with closed loops and made in separate cases. Each of the laser gyroscopes has a Zeeman magneto-optical frequency stand for deriving the operating characteristic from the capture zone. The mutual arrangement and contact of the laser gyroscopes in the block is chosen so that, taking into account the breakdown of the nonplanar resonators of the laser gyroscopes, the direction of the sensitivity axes and the location of the active channels, the influence of the Zeeman magnetooptical frequency stand of each of the laser gyroscopes does not extend to one laser gyroscope, but to all three, moreover with the highest efficiency. A useful model allows to derive the performance characteristics of two and multi-frequency laser gyroscopes from capture zones using mations minimum electric current in the coils a frequency Zeeman magnetooptic supports, as a result, reduce the heat generation and temperature gradients, thus increasing the reliability and accuracy BINS. 4 ill.
Description
Полезная модель относится к области приборостроения, а именно к бесплатформенным инерциальным навигационным системам (БИНС) на основе лазерных гироскопов.The utility model relates to the field of instrumentation, namely to strapdown inertial navigation systems (SINS) based on laser gyroscopes.
Основная информация в БИНС снимается с датчиков линейных ускорений, называемых акселерометрами, и датчиков углового движения, выполненных на основе лазерных гироскопов. Акселерометры устанавливаются в корпусе БИНС, при этом ориентация в пространстве осей чувствительности акселерометров вычисляется по сигналам блока лазерных гироскопов, также жестко зафиксированного в корпусе БИНС. БИНС наиболее чувствительна к ошибкам приборов, выдающих информацию об угловом движении объекта, поэтому предлагается повышение точности БИНС путем сокращения тепловыделения в лазерных гироскопах в составе блока за счет снижения тока в катушках зеемановской магнитооптической частотной подставки и, как следствие, уменьшения приводящих к разъюстировке термических деформаций резонаторов лазерных гироскопов и минимизации градиентов температур в корпусах лазерных гироскопов, приводящих к асимметричному нагреву газовой смеси, создающего этим потоки газа и, соответственно, ошибки. Кроме того, уменьшаются тепловые флуктуации ориентации акселерометров относительно гироскопов. Также улучшение характеристик достигается за счет более равномерного нагрева и распределения потоков тепла при использовании оптимального расположения лазерных гироскопов в блоке с их дополнительной фиксацией путем постановки на оптический контакт.Basic information in the SINS is removed from linear acceleration sensors, called accelerometers, and angular motion sensors based on laser gyroscopes. Accelerometers are installed in the SINS case, while the orientation in space of the sensitivity axes of the accelerometers is calculated by the signals of the laser gyroscope unit, also rigidly fixed in the SINS case. SINS is most sensitive to errors of instruments that provide information about the angular motion of an object; therefore, it is proposed to increase the accuracy of SINS by reducing heat generation in laser gyroscopes as a part of the unit by reducing current in the coils of a Zeeman magnetooptical frequency stand and, as a result, reducing the thermal distortions of the resonators leading to misalignment laser gyroscopes and minimizing temperature gradients in the cases of laser gyroscopes, leading to asymmetric heating of the gas mixture, creating This means gas flows and, accordingly, errors. In addition, thermal fluctuations in the orientation of accelerometers relative to gyroscopes are reduced. Improved performance is also achieved through more uniform heating and distribution of heat fluxes using the optimal arrangement of laser gyroscopes in the unit with their additional fixation by placing on an optical contact.
Близким по технической сущности является блок лазерных гироскопов [1]. Блок лазерных гироскопов выполнен в виде куба и содержит 6 лазерных гироскопов, взаимная ориентация осей чувствительности и активных каналов в которых жестко фиксирована. При этом лазерные гироскопы в составе блока не имеют собственных отдельных корпусов.Close in technical essence is a block of laser gyroscopes [1]. The block of laser gyroscopes is made in the form of a cube and contains 6 laser gyroscopes, the mutual orientation of the sensitivity axes and active channels in which is rigidly fixed. At the same time, laser gyroscopes in the unit do not have their own separate housings.
Недостатком такого блока лазерных гироскопов является непредусмотренная возможность полной замены неисправного лазерного гироскопа в составе блока в отличие от блока лазерных гироскопов, предлагаемого в полезной модели. Также изготовление трех лазерных гироскопов в монолитном едином корпусе требует сложной оснастки, высокой однородности материала и связано с техническими и технологическими трудностями.The disadvantage of such a block of laser gyroscopes is the unforeseen possibility of a complete replacement of a faulty laser gyroscope in the block, in contrast to the block of laser gyroscopes proposed in the utility model. Also, the manufacture of three laser gyroscopes in a monolithic single case requires complex equipment, high uniformity of the material and is associated with technical and technological difficulties.
Известны блоки на основе трехосных лазерных гироскопов [2, 3]. Блок таких лазерных гироскопов выполнен в монолитном куске материала (кварца, ситалла, церодура (Zerodur)) и состоит из трех сообщающихся камер (по одной на каждую ось чувствительности), образующих правильный восьмигранник с восемью треугольными гранями. Поджиг газового разряда осуществляется конфигурацией из одной катодной камеры, сообщающейся с резонаторными камерами посредством катодных каналов, и нескольких электродов.Blocks based on triaxial laser gyroscopes are known [2, 3]. The block of such laser gyroscopes is made in a monolithic piece of material (quartz, glass metal, cerodur (Zerodur)) and consists of three communicating chambers (one for each axis of sensitivity) forming a regular octahedron with eight triangular faces. Ignition of a gas discharge is carried out by a configuration of one cathode chamber communicating with resonator chambers by means of cathode channels and several electrodes.
Сложностью при изготовлении таких блоков лазерных гироскопов является выполнение с высокой точностью большого количества посадочных плоскостей под оптический контакт для зеркал и использование большого числа электродов в одном нераздельном блоке. Размер и форма электродов накладывают ограничение на протяженность и положение каналов для распространения лучей в лазерных гироскопах в связи с возникновением нежелательных электрических взаимодействий и газовых потоков, образующихся из-за асимметричного нагрева блока (эффект Ленгмюра). Недостатком таких блоков также являются повышенные требования по мощности и выходному напряжению к источнику высоковольтного питания. Неразборная монолитная конструкция не предусматривает замену отдельных деталей блока лазерных гироскопов в случае их частичного отказа.The difficulty in the manufacture of such blocks of laser gyroscopes is the implementation with high accuracy of a large number of landing planes for optical contact for mirrors and the use of a large number of electrodes in one inseparable block. The size and shape of the electrodes impose a restriction on the length and position of the channels for the propagation of rays in laser gyroscopes in connection with the occurrence of undesirable electrical interactions and gas flows resulting from asymmetric heating of the unit (Langmuir effect). The disadvantage of such units is also the increased requirements for power and output voltage to a high-voltage power source. The inseparable monolithic design does not provide for the replacement of individual parts of the laser gyroscope unit in case of their partial failure.
Технический результат, обеспечивающийся полезной моделью, заключается в повышении точности БИНС за счет сокращения тепловыделения как в блоке лазерных гироскопов в целом, так и в каждом из лазерных гироскопов вследствие снижения тока в катушках зеемановской магнитооптической частотной подставки. Лазерные гироскопы в блоке при этом могут быть как двухчастотными, так и многочастотными. Предлагаемое размещение позволяет воздействовать магнитным полем зеемановской магнитооптической частотной подставки не только на активный канал лазерного гироскопа, вокруг которого намотана катушка, но и на активные каналы соседних лазерных гироскопов, внося вклад в продольную составляющую магнитного поля и вызывая дополнительный разнос генерируемых частот во избежание явления захвата.The technical result provided by the utility model is to increase the accuracy of the SINS by reducing heat generation both in the laser gyroscope unit as a whole and in each of the laser gyroscopes due to a decrease in the current in the coils of the Zeeman magnetooptical frequency stand. Laser gyroscopes in the block can be either dual-frequency or multi-frequency. The proposed arrangement allows the magnetic field of the Zeeman magnetooptical frequency stand to influence not only the active channel of the laser gyroscope around which the coil is wound, but also the active channels of neighboring laser gyroscopes, contributing to the longitudinal component of the magnetic field and causing an additional separation of the generated frequencies to avoid capture phenomena.
На фиг. 1 представлена зависимость модуля индукции магнитного поля катушки зеемановской магнитооптической частотной подставки от расстояния до оси катушки (закон Био-Савара-Лапласа).In FIG. Figure 1 shows the dependence of the magnetic field induction module of the Zeeman magneto-optical frequency stand coil on the distance to the axis of the coil (Bio-Savard-Laplace law).
Характерен быстрый спад модуля индукции магнитного поля, что означает неэффективность воздействия катушкой зеемановской магнитооптической частотной подставки на активный канал, находящийся на некотором характерном расстоянии от оси катушки, которое в предлагаемой конфигурации блока лазерных гироскопов составило 4 см.The fast decline of the magnetic field induction module is characteristic, which means the ineffectiveness of the Zeeman magnetooptical frequency stand exposure by the coil on the active channel located at a certain characteristic distance from the axis of the coil, which in the proposed configuration of the laser gyroscope unit was 4 cm.
Однако при размещении лазерных гироскопов в блоке таким образом, чтобы:However, when placing laser gyroscopes in a block so that:
- активный канал одного лазерного гироскопа был от оси катушки зеемановской магнитооптической частотной подставки другого лазерного гироскопа на расстоянии, меньшем, чем характерное расстояние ослабления магнитного поля, которое для предлагаемой конфигурации блока лазерных гироскопов составило 4 см;- the active channel of one laser gyroscope was from the coil axis of the Zeeman magnetooptical frequency stand of another laser gyroscope at a distance less than the characteristic magnetic field attenuation distance, which was 4 cm for the proposed configuration of the laser gyroscope unit;
- активный канал одного лазерного гироскопа был ориентирован под минимальным углом к вектору индукции магнитного поля, созданного катушкой зеемановской магнитооптической частотной подставки другого лазерного гироскопа,- the active channel of one laser gyroscope was oriented at a minimum angle to the magnetic field induction vector created by the coil of the Zeeman magneto-optical frequency stand of another laser gyroscope,
возможно обеспечение вклада соседних лазерных гироскопов в индукцию магнитного поля вдоль активного канала лазерного гироскопа до 20% и соответствующее снижение величины тока в катушках зеемановской магнитооптической частотной подставки.it is possible to ensure the contribution of neighboring laser gyroscopes to the magnetic field induction along the active channel of the laser gyroscope by up to 20% and a corresponding decrease in the current in the coils of the Zeeman magnetooptical frequency stand.
Применяется механическое крепление лазерных гироскопов в расчетных положениях, дополнительная фиксация обеспечивается оптическим контактом между гранями корпусов лазерных гироскопов. Выполнение всех трех лазерных гироскопов из одного материала и их соединение методом оптического контакта повышает эффективность размещения лазерных гироскопов, так как обеспечивается однородность теплового расширения лазерных гироскопов, а большая площадь соприкосновения лазерных гироскопов оптимизирует отвод тепла и снижает величину механических напряжений в зоне оптического контакта. Стабильность взаимной ориентации осей чувствительности лазерных гироскопов также обеспечивается оптическим контактом.Mechanical fastening of laser gyroscopes in the calculated positions is used, additional fixation is provided by optical contact between the faces of the laser gyroscope housings. The execution of all three laser gyroscopes from the same material and their joining by the optical contact method increases the placement efficiency of laser gyroscopes, as the thermal expansion of the laser gyroscopes is uniform, and the large contact area of the laser gyroscopes optimizes heat dissipation and reduces the value of mechanical stresses in the optical contact zone. The stability of the mutual orientation of the sensitivity axes of laser gyroscopes is also ensured by an optical contact.
В случае отказа одного из лазерных гироскопов в блоке сохраняется возможность его замены. Отсутствие требований к взаимной ортогональности осей чувствительности лазерных гироскопов упрощает их крепление в БИНС и конструкцию в целом. Вследствие этого повышается надежность и точность блока лазерных гироскопов.In the event of a failure of one of the laser gyroscopes in the unit, the possibility of replacing it remains. The absence of requirements for the mutual orthogonality of the sensitivity axes of laser gyroscopes simplifies their fastening in the SINS and the design as a whole. As a result, the reliability and accuracy of the block of laser gyroscopes increases.
На фиг. 2 представлен общий вид лазерного гироскопа, в состав блока входит три таких лазерных гироскопа. На фиг. 3 представлен вид на катушку зеемановской магнитооптической частотной подставки. На фиг. 4 представлен вид блока лазерных гироскопов, в котором зеемановские магнитооптические частотные подставки каждого лазерного гироскопа воздействуют на все три лазерных гироскопа одновременно.In FIG. Figure 2 shows a general view of a laser gyroscope; the unit includes three such laser gyroscopes. In FIG. 3 shows a view of a Zeeman magneto-optical frequency stand coil. In FIG. 4 is a view of a block of laser gyroscopes in which Zeeman magneto-optical frequency stands of each laser gyro affect all three laser gyroscopes simultaneously.
Источники информации:Information sources:
1. Блок лазерных гироскопов, Патент РФ 2359231, URL: http://bd.patent.su/2359000-2359999/pat/servl/servletbef2.html.1. Block of laser gyroscopes, RF Patent 2359231, URL: http://bd.patent.su/2359000-2359999/pat/servl/servletbef2.html.
2. Nonplanar three-axis ring laser gyro with shared mirror faces, US Patent 4795258 A, URL: https://patents.google.com/patent/US4795258.2. Nonplanar three-axis ring laser gyro with shared mirror faces, US Patent 4795258 A, URL: https://patents.google.com/patent/US4795258.
3. Трехосный лазерный прецессионный гироскоп, симметричный относительно его приводной оси, Патент РФ 2210737, URL: http://www.findpatent.ru/patent/221/2210737.html.3. Three-axis laser precession gyroscope symmetric about its drive axis, RF Patent 2210737, URL: http://www.findpatent.ru/patent/221/2210737.html.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019110387U RU192588U1 (en) | 2019-04-09 | 2019-04-09 | Block of laser gyroscopes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019110387U RU192588U1 (en) | 2019-04-09 | 2019-04-09 | Block of laser gyroscopes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU192588U1 true RU192588U1 (en) | 2019-09-23 |
Family
ID=68064094
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019110387U RU192588U1 (en) | 2019-04-09 | 2019-04-09 | Block of laser gyroscopes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU192588U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2780300C1 (en) * | 2022-02-08 | 2022-09-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Device and method for measuring acceleration on an optical discharge with laser ignition |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4886364A (en) * | 1987-04-06 | 1989-12-12 | Kearfott Guidance & Navigation Corporation | Ring laser gyroscope beam combiner for separating and combining circulating laser beams for power and fringe pattern detections |
US5371589A (en) * | 1989-05-30 | 1994-12-06 | Litton Systems, Inc. | Triaxial ring laser gyroscope with independent cavity length control |
EP0857947A1 (en) * | 1997-02-05 | 1998-08-12 | Sextant Avionique | Means for fixing laser block of a triaxial laser gyro to dithering means |
RU2359231C1 (en) * | 2007-12-28 | 2009-06-20 | Владимир Васильевич Масленников | Unit of laser gyroscopes |
RU2426973C2 (en) * | 2006-06-23 | 2011-08-20 | Таль | Device to increase life of three-axle gyro |
RU2503926C1 (en) * | 2012-08-03 | 2014-01-10 | Открытое акционерное общество "Раменский приборостроительный завод" (ОАО "РПЗ") | Block of laser gyroscopes |
-
2019
- 2019-04-09 RU RU2019110387U patent/RU192588U1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4886364A (en) * | 1987-04-06 | 1989-12-12 | Kearfott Guidance & Navigation Corporation | Ring laser gyroscope beam combiner for separating and combining circulating laser beams for power and fringe pattern detections |
US5371589A (en) * | 1989-05-30 | 1994-12-06 | Litton Systems, Inc. | Triaxial ring laser gyroscope with independent cavity length control |
EP0857947A1 (en) * | 1997-02-05 | 1998-08-12 | Sextant Avionique | Means for fixing laser block of a triaxial laser gyro to dithering means |
RU2426973C2 (en) * | 2006-06-23 | 2011-08-20 | Таль | Device to increase life of three-axle gyro |
RU2359231C1 (en) * | 2007-12-28 | 2009-06-20 | Владимир Васильевич Масленников | Unit of laser gyroscopes |
RU2503926C1 (en) * | 2012-08-03 | 2014-01-10 | Открытое акционерное общество "Раменский приборостроительный завод" (ОАО "РПЗ") | Block of laser gyroscopes |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2780300C1 (en) * | 2022-02-08 | 2022-09-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Device and method for measuring acceleration on an optical discharge with laser ignition |
RU2781365C1 (en) * | 2022-02-08 | 2022-10-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Device and method for measuring acceleration on an optical discharge with electrode ignition |
RU2781362C1 (en) * | 2022-02-08 | 2022-10-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Device and method for measuring acceleration on an optical discharge with a photoluminophor |
RU2781363C1 (en) * | 2022-02-08 | 2022-10-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Device and method for measuring acceleration on an optical discharge by the electrode and shadow method |
RU2781746C1 (en) * | 2022-02-08 | 2022-10-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Device and method for measuring acceleration on an optical discharge with thermal indicator paint |
RU2781753C1 (en) * | 2022-02-08 | 2022-10-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Device and method for measuring vertical acceleration on an optical discharge |
RU2781747C1 (en) * | 2022-02-08 | 2022-10-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Device and method for measuring acceleration on an optical discharge by the shadow method |
RU2781745C1 (en) * | 2022-02-08 | 2022-10-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Device and method for measuring acceleration on an optical discharge with thermal imagers |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Essen et al. | The caesium resonator as a standard of frequency and time | |
Delehaye et al. | Single-ion, transportable optical atomic clocks | |
US7239135B2 (en) | NMR gyroscope | |
US5371591A (en) | Triaxial split-gain ring laser gyroscope | |
JP2008524632A5 (en) | ||
RU192588U1 (en) | Block of laser gyroscopes | |
GB2107511A (en) | Ring laser gyroscope with compensation | |
Qu et al. | Integrated design of a compact magneto-optical trap for space applications | |
US6069699A (en) | Triaxial laser rate gyro symmetrized with respect to its axis of activation | |
Mungall et al. | Design, construction, and performance of the NRC CsVI primary cesium clocks | |
US4705398A (en) | Pentagonal ring laser gyro design | |
RU172111U1 (en) | ANGULAR SPEED LASER SENSOR | |
US4354108A (en) | Atomic beam device | |
EP0420943B1 (en) | Ring laser gyroscope | |
US4167336A (en) | Ring laser gyroscope having wedge desensitizing optical means | |
KR20220159417A (en) | Physics package for optical lattice clock | |
RU2581396C1 (en) | Method of increasing accuracy of useful signal of ring laser | |
RU2826434C1 (en) | Compact ring laser | |
US3034846A (en) | Optical alignment of charged particle accelerators | |
JP7506878B2 (en) | Three-axis magnetic field correction coil, physics package, physics package for optical lattice clock, physics package for atomic clock, physics package for atomic interferometer, physics package for quantum information processing device, and physics package system | |
Martin et al. | The Litton 11 cm triaxial zero-lock gyro | |
JPS5821188Y2 (en) | atomic oscillator | |
Walls | Characteristics and performance of miniature NBS passive hydrogen masers | |
Brace | IX. The negative results of second and third order tests of the “Æther drift,” and possible first order methods | |
RU2074449C1 (en) | Method for manufacturing vacuum microwave o-type device |