[發明專利]包括圓柱體固態放大器桿的激光陀螺儀及其激勵方法

有效

• 申請號: 200980145508.8
• 申請日: 2009-10-26
• 公開（公告）號: CN102216730A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: E·盧瓦爾
• 申請（專利權）人: 塔萊斯公司
• 主分類號: G01C19/66
• 分類號: G01C19/66
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 蔡勝利

技術領域

本發明涉及包括圓柱體固態放大器桿的激光陀螺儀、用于測量一至三個角速度的系統、以及用于激勵固態放大器元件的相關方法。

背景技術

陀螺測試儀是這樣的運動傳感器，其可能測量傳感器的參考系相對于伽利略參考系關于一個或多個軸線的旋轉速度。

激光陀螺儀量計(也稱為激光陀螺儀)大多數情況下使用氣態放大器介質，其常規地是氦和氖的混合物。然而，可能使用具有固態放大器介質的激光陀螺儀，其中氣態放大器介質被固態元件替換，所述固態元件例如涂抹有釹的YAG基質(釔鋁石榴石)。

激光陀螺儀的操作原理基于雙向激光環腔的薩尼亞克效應，旋轉運動施加到該雙向激光環腔中。薩尼亞克效應引發在該腔內部以相反方向傳播的兩種所謂的相向傳播光傳輸模式之間的頻率差Ω。在常規使用的固態介質(包括Nd:YAG)中，以相反方向傳播的模式共享相同放大器原子。于是，使用術語均勻增益。當兩個相向傳播模式具有相等或十分相似的頻率時，源自于其的干擾信號是可能的移動駐波。增益介質的原子在靠近駐波的波腹時更多相稱地參與激勵發射過程且在靠近波節是更少相稱地參與。于是，在增益介質中產生由駐波約束的粒子數反轉網絡。只要該兩個相向傳播模式的頻率充分地彼此接近，就保持該網絡。當頻率差與激勵水平的壽命倒數相比是大的時，其對比相稱地較少。

法國專利申請FR?2905005(THALES)描述了一種包括至少一個光環腔和固態放大器介質的激光陀螺儀，所述光環腔和固態放大器介質設置成使得兩個所謂的相向傳播光學模式可在所述光學腔內部彼此以相反方向傳播并且傳輸通過放大器介質。放大器介質耦合到傳感器裝置，所述傳感器裝置向放大器介質提供沿著大致平行于所述光學模式的傳播方向的軸線的周期性平移運動。

這種裝置使得可能調節活性晶體圍繞平均位置的縱向位置，使得晶體的原子相對于兩個相向傳播模式所形成的干涉圖形的波節和波腹進行運動，與所述兩個模式之間的頻率差無關。這種裝置使得可能減少增益網絡的對比和因此用于激光陀螺測試儀的有害作用，同時不會修改腔的長度。還使得可能的是，減少放大器介質所引發的反向散射作用。最后，該裝置可能構成用于處理盲區的裝置，所述盲區取決于具體情形可能代替常規機械激活裝置或與該常規機械激活裝置互補。

這種裝置必須允許高激勵頻率，這對于用在民用航空或武器系統的領域是必要的。該激勵頻率必須大于用于對應于旨在測量范圍的激光陀螺測試儀的輸入角頻率的兩個相向傳播模式之間出現的頻率差。

一個技術困難在于得到足夠高的機械激勵頻率(在數百kHz的量級)，以及數個微米量級的大振蕩幅值，而不會影響形成固態放大器介質的晶體的幾何形狀和尺寸特征。原因在于，旨在激勵頻率接近晶體或類似尺寸(在數個毫米量級)的任何其它固體的自振頻率。

發明內容

本發明的目的在于克服上述的各種問題。

顯然，本發明使得可能生產一種滿足上述狀況的完好機械諧振器，其：

-限制該裝置的元件的尺寸和數量，以便避免開始諧振部件，這是無用的或甚至干涉旨在總振動；

-設計組件使得可能將這些元件彼此連接，而不會導致減少激勵或導致晶體不期望的變形；

-使用諧振器架構，其確保從外部支承件最大可能地隔離，例如通過使用音叉原理，其中諧振器(晶體)一部分的振動通過其它部分(優選地對稱的部分)(配重)來動態平衡，因而確保在被選擇為從外部支承件隔離的緊固點的連接點處大致為零的得到振動。

因此，本發明的第一方面提供一種激光陀螺儀，所述激光陀螺儀包括具有回轉軸線的圓柱體固態放大器桿。所述激光陀螺儀包括：

-環形壓電元件，用于沿著所述回轉軸線在預定頻率f下激勵所述固態放大器元件，所述環形壓電元件牢固地安裝到圓柱體固態放大器桿的兩端截面中的一個上，使得其回轉軸線與所述圓柱體固態放大器桿的所述回轉軸線重合；和

-環形動態配重，其牢固地安裝到所述環形壓電元件的自由端截面上，使得其回轉軸線與所述圓柱體固態放大器桿的所述回轉軸線重合；

所述圓柱體固態放大器桿定尺寸成被認為在所述激勵頻率f下不可變形。

根據上述原理，這種激光陀螺儀使得可能以旨在應用所期望的頻率和幅值激勵固態晶體桿，同時確保晶體的幾何形狀類型或尺寸變化的干擾最小，這對于校正激光陀螺儀的操作是不利的。

根據一個實施例，所述環形壓電元件的內徑以及所述環形動態配重的內徑都大于閾值。

因此，入射激光束不受阻礙或限制，因為該閾值大于激光束的直徑。

在一個實施例中，所述環形壓電元件的內徑與所述環形動態配重的內徑相等。