[發(fā)明專利]穩(wěn)定的固態(tài)激光陀螺儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010242041.3
• 申請日: 2010-06-22
• 公開（公告）號: CN101929861A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: F·古蒂;S·施瓦茨;J-P·波肖勒;G·弗格內(nèi)
• 申請（專利權(quán)）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(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;蹇煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的領(lǐng)域是用于對旋轉(zhuǎn)速度或相對角位移進行測量的固態(tài)激光陀螺儀的領(lǐng)域。以度表示的相對角位移，指的是所述運動物體的旋轉(zhuǎn)速度作為時間對函數(shù)的積分。這種類型的裝置被特別用于航空應(yīng)用。

三十多年前被開發(fā)出的激光陀螺儀目前得到廣泛的市場化和應(yīng)用。其工作原理是基于薩格奈克效應(yīng)(Sagnac?effect)，其引起在被施予旋轉(zhuǎn)運動的雙向環(huán)形激光腔(bidirectional?ring?laser?cavity)的相反方向上傳播的兩個被稱為逆向傳播光學(xué)發(fā)射模式之間的頻率差Δυs。通常，該頻率差Δυs由下面的公式獲得：

Δυs＝4Aω/λ(A)

其中，L和A分別是腔的波長和面積；λ是無薩格奈克效應(yīng)的激光發(fā)射波長；ω是組件的旋轉(zhuǎn)速度。

兩種光學(xué)模式間的頻率差Δυs通過兩個發(fā)射束的干涉的頻譜分析進行測量。這使得以非常高的精確確定ω的值成為可能。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)

觀察干涉的條件是兩個方向上所發(fā)射的強度的穩(wěn)定性和相對的相等性。由于模式間相互競爭的現(xiàn)象，獲得這個不是一件容易達(dá)到的事情，該現(xiàn)象意味著兩個逆向傳播模式之一可能具有以另一模式為代價獨占可利用的增益的趨勢。

在固態(tài)激光陀螺儀中，該問題通過在腔中引入取決于光學(xué)模式的傳播方向及其強度的光損耗來解決。其原理是根據(jù)兩個發(fā)射模式之間強度的不同，通過反饋設(shè)備調(diào)節(jié)這些損耗，以便以另一模式為代價對較弱的模式進行支持，從而不斷地保持兩個逆向傳播模式之間的平衡。

本申請人提交的專利申請FR0303645，提出了用于固態(tài)激光陀螺儀的穩(wěn)定設(shè)備，該設(shè)備包括一個用于施加光損耗的反饋系統(tǒng)，其中光損耗取決于傳播方向，并基于可逆(reciprocal)旋轉(zhuǎn)、非可逆旋轉(zhuǎn)和偏振三種物理效應(yīng)的組合。

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的激光陀螺儀100的整體圖。其包括環(huán)形腔1，環(huán)形腔1由至少三個反射鏡11、12、13，固態(tài)放大器媒介19和用于穩(wěn)定強度的設(shè)備30組成，該設(shè)備30包括偏振元件71、作用于逆向傳播模式的偏振態(tài)的可逆效應(yīng)設(shè)備7以及同樣作用于逆向傳播模式的偏振態(tài)的非可逆效應(yīng)設(shè)備8，所述設(shè)備的至少一種效應(yīng)是可控制的。組件71、7和8布置在逆向傳播光束的傳播路徑上。具有固態(tài)放大器媒介19的激光陀螺儀，被稱為固態(tài)激光陀螺儀。

當(dāng)具有初始偏振態(tài)的光在光學(xué)組件中返程時具有與初始態(tài)不同的偏振態(tài)時，所述光學(xué)組件中存在非可逆光學(xué)效應(yīng)。因此，在非可逆光學(xué)旋轉(zhuǎn)器中相反方向上傳播的相同光束同樣會經(jīng)歷其偏振方向的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)具有初始偏振態(tài)的光在光學(xué)組件中返程時具有與初始態(tài)相同的偏振態(tài)時，所述光學(xué)組件中存在可逆光學(xué)效應(yīng)。

在腔的出口，兩個光學(xué)模式5和6由重疊裝置44重疊，以便產(chǎn)生包括兩個逆向傳播模式的干涉的有用信號Su，該兩個逆向傳播模式的頻率Δυmes等于兩個光學(xué)模式間的頻率差。激光陀螺儀還包括用于確定激光陀螺儀旋轉(zhuǎn)測量值的裝置3。測量激光陀螺儀的旋轉(zhuǎn)意味著測量代表激光陀螺儀的旋轉(zhuǎn)的量。即，例如，測量激光陀螺儀的旋轉(zhuǎn)速度Ω(用rad.s^-1表示)或者用rad表示的激光陀螺儀的相對角位移IΩ(對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)速度對時間的積分)。該測量裝置3包括，例如，用于測量兩個模式間的頻率差的光電二極管?；诠紸，根據(jù)所測量的頻率差Δυmes計算激光陀螺儀100的旋轉(zhuǎn)速度Ω。

作為變體，裝置3包括用于從在一個方向和另一個方向上通過的條紋(與兩個模式間的頻率差相關(guān))的數(shù)目來測量速度和旋轉(zhuǎn)方向的裝置。例如，該裝置3具有例如兩個相對于干涉信號的條紋正交布置的光電二極管。

通過在時間上對旋轉(zhuǎn)速度的測量結(jié)果進行積分來計算角位移。

在現(xiàn)有技術(shù)中計算激光陀螺儀的旋轉(zhuǎn)測量結(jié)果時，假設(shè)兩個逆向傳播模式間的頻率差完全取決于激光陀螺儀的旋轉(zhuǎn)(薩格奈克效應(yīng))。

這些光束5和6的一部分通過兩個半反射盤43被采樣，并被傳送到兩個光電探測器42。也可以通過使用第二輸出耦合器在腔的出口直接測量光束5和6的強度(本例中第一輸出耦合器僅用于測量干涉信號)。

由這兩個光電探測器傳遞的信號代表這兩個逆向傳播模式5和6的發(fā)光強度。該信號被傳送到反饋電子模塊4，該模塊基于接收信號的強度驅(qū)動可變效應(yīng)設(shè)備(圖上的虛箭頭)。和偏振設(shè)備71一起，這將導(dǎo)致兩個逆向傳播光束的偏振態(tài)的變化。這些偏振態(tài)的變化從而將導(dǎo)致逆向傳播光學(xué)模式5和6中不同的光損耗。如果一束光比另一束光具有較大的發(fā)光強度，則其強度將被更多地衰減，從而使輸出光束回歸至相同的強度水平。因此，使得雙向狀態(tài)強度得到穩(wěn)定，并獲得穩(wěn)定和平衡的雙向發(fā)射。

現(xiàn)有技術(shù)的缺點