Влияние температуры внешней среды и саморазогрева на выходные характеристики зеемановских лазерных датчиков вращения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат наук Синельников, Антон Олегович
Синельников, Антон Олегович
кандидат наук
2016
- Специальность ВАК РФ05.11.07
- Количество страниц 117
Оглавление диссертации кандидат наук Синельников, Антон Олегович
ОГЛАВЛЕНИЕ..........................................................................................................................................................................................................2
Введение..............................................................................................................................................................................................................................5
Глава 1. Статический захват частот встречных волн в зеемановском
лазерном датчике вращения при температурных воздействиях................................14
1.1 Интерференция обратного рассеяния........................................................................................14
1.2 Методика измерения ширины статических зон захвата..........................................19
1.3 Результаты измерения ширины статических зон захвата......................................22
1.4 Влияние времени работы зеемановского лазерного датчика вращения
без частотной подставки на ширину статической зоны захвата................................26
1.5 Влияние скорости входа в захват на ширину зоны захвата....................................32
1.6 Методика измерения относительного отклонения масштабного коэффициента зеемановских лазерных датчиков вращения..........................................34
1.7 Выводы..................................................................................................................................................................37
Глава 2. Динамические зоны захвата частот встречных волн в зеемановских лазерных датчиках вращения при температурных
воздействиях..............................................................................................................................................................39
2.1 Возникновение динамических зон захвата в зеемановских лазерных датчиках вращения..............................................................................................................................................39
2.2 Методика измерения ширины динамических зон захвата......................................43
2.4 Результаты измерения динамических зон захвата........................................................45
2.5 Оценка способов ликвидации динамических зон захвата......................................47
2.6 Экспериментальное исследование способов ликвидации динамических
зон захвата..................................................................................................................................................................49
2.7 Выводы..................................................................................................................................................................52
Глава 3. Увеличение времени непрерывной работы в одномодовом режиме зеемановских лазерных датчиков вращения при сохранении
точностных параметров..................................................................................................................................54
3.1 Стабилизация периметра резонатора зеемановского кольцевого лазера. 54
3.2 Особенности измерения относительного изменения периметра резонатора в зеемановских кольцевых лазерах.................................... 58
3.3 Методика измерения относительного изменения периметра резонатора зеемановского кольцевого лазера....................................... 60
3.4 Оптимизация режима работы зеемановского лазерного датчика
вращения для увеличения времени непрерывной работы в одномодовом 65 режиме.......................................................................................
3.5 Программа обработки выходных характеристик зеемановских лазерных датчиков вращения, работающих в одномодовом режиме.......... 68
3.6 Прогнозирование времени непрерывной работы датчика в одномодовом режиме.................................................................... 71
3.7 Выводы................................................................................. 77
Глава 4. Снижение тока накачки в зеемановских лазерных датчиках вращения.................................................................................... 78
4.1 Влияние тока накачки в кольцевых лазерах с линейной поляризацией
на ширину статической зоны захвата................................................ 78
4.2 Влияние тока накачки на ширину статической зоны захвата в зеемановском кольцевом лазере....................................................... 80
4.3 Экспериментальное исследование влияния тока накачки на ширину статической зоны захвата в зеемановском кольцевом лазере................... 81
4.4 Невоспроизводимость смещения нуля зеемановского лазерного датчика вращения при снижении тока накачки.................................... 85
4.5 Выводы................................................................................. 89
Глава 5. Зеемановский лазерный датчик вращения с разрядом в одном плече в каждом газоразрядном промежутке........................................ 90
5.1 Особенности работы зеемановского кольцевого лазера с разрядом в одном плече в каждом газоразрядном промежутке............................... 90
5.2 Экспериментальное исследование работы зеемановского кольцевого лазера с разрядом в одном плече в каждом газоразрядном промежутке...... 92
5.3 Зеемановские лазерные датчики вращения с разрядом в одном плече в
каждом газоразрядном промежутке......................................................................................................101
5.4 Выводы..................................................................................................................................................................104
Заключение..................................................................................................................................................................106
Список сокращений и условных обозначений............................................................................110
Список литературы..............................................................................................................................................111
Актуальность темы исследования. Первый экспериментальный датчик угловой скорости на основе кольцевого Не-№ лазера появился в 1962 году [1]. Однако первые промышленные образцы лазерных датчиков угловой скорости и лазерных гироскопов (ЛГ) с их использованием удалось создать только в семидесятые годы, когда была решена проблема «захвата» частот встречных волн и созданы необходимые для серийного производства технологии [2]. С этого времени началось бурное развитие лазерной гироскопии, которое продолжается и сейчас.
Сегодня ЛГ успешно используются в системах навигации, стабилизации и управления кораблей, подводных лодок, самолетов и космических аппаратах [3]. Это обусловлено тем, что ЛГ обладают рядом неоспоримых функциональных и эксплуатационных преимуществ по сравнению с другими типами гироскопов: высокая точность в широком диапазоне измеряемых скоростей, мгновенный запуск и быстрый выход на рабочий режим, малая чувствительность к перегрузкам, а так же дискретный характер информации о вращении, позволяющий согласовать гироскоп с цифровыми устройствами обработки информации [4]. В то же время разработка и производство ЛГ относятся к сфере высоких технологий и доступны только наиболее развитым странам (США, Франция, Россия, Китай и Израиль) [5 - 11]. Одновременно ведётся разработка ЛГ с различными оптико-физическими схемами, отличающимися, прежде всего тем, как решается проблема захвата [12]. Особое место среди них занимают ЛГ с частотной подставкой на эффекте Зеемана, обычно называемые зеемановскими ЛГ [13]. В отличие от наиболее распространённой оптико-физической схемы с механической вибрационной частотной подставкой в ней полностью отсутствуют движущиеся части. В России эта оптико-физическая схема разработана в ОАО
«НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха», который имеет приоритет по ней. Сегодня приборы на основе зеемановских ЛГ выпускаются не только ОАО «НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха», но и другими предприятиями - ОАО «Электроприбор» (г. Тамбов), ЗАО «Лазекс» (г. Москва), идёт освоение на ОАО «Серпуховский завод «Металлист».
В НИИ «Полюс» разработана оригинальная конструкция ЛГ на базе кольцевого Не-№ лазера с четырехзеркальным неплоским оптическим контуром, обеспечивающим круговую поляризацию встречных волн лазерного излучения, позволяющая применить знакопеременную магнитооптическую частотную подставку на эффекте Зеемана и обойтись без использования оптических элементов внутри резонатора. Благодаря этому удалось создать монолитную конструкцию кольцевого лазера (КЛ), устойчивую к жестким механическим и климатическим воздействиям, что и определило специфику области их применений со сложными условиями эксплуатации и высоким уровнем внешних воздействующих факторов [14].
Как было отмечено ранее, на данный момент налажен серийный выпуск зеемановских ЛГ на нескольких предприятиях России, однако по точностным параметрам и времени их непрерывной работы в одномодовом режиме имеется значительное отставание от ЛГ с вибрационной частотной подставкой. К моменту постановки настоящей работы точность зеемановских ЛГ составляла 1 -3 °/ч при времени непрерывной работы не более 1 часа [9,15], в то время как на ЛГ с вибрационной частотной подставкой аналогичных габаритов точность составляла 0,1-1,0 °/ч при времени работы 8 часов и более [16]. Существенное увеличение точности зеемановских ЛГ можно получить за счет использования начальной калибровки зеемановских лазерных датчиков вращения (основных элементов ЛГ), однако начальная калибровка возможна только в ограниченном числе применений приборов.
В настоящей работе в качестве объекта исследования выбрано влияние температуры внешней среды и саморазогрева на выходные характеристики зеемановских лазерных датчиков, являющиеся одними из ключевых в системе
обеспечения конечных точностных параметров ЛГ на их основе, поскольку именно эти факторы в настоящее время приводят к снижению точности зеемановских ЛГ.
Степень разработанности. Точность зеемановских лазерных датчиков вращения, прежде всего, определяется степенью подавления связи встречных волн через обратное рассеяние, а так же обеспечением стабильности параметров ЛГ и его систем жизнеобеспечения во времени. Одним из параметров ЛГ, характеризующих величину связи встречных волн через обратное рассеяние является ширина зоны захвата, которая возникает в отсутствии частотной подставки при малых угловых скоростях вращения.
В ЛГ со знакопеременной частотной подставкой влияние связи встречных волн через обратное рассеяние проявляется через динамические зоны синхронизации, а при использовании десинхронизаторов через шумовую составляющую выходного сигнала. Как правило, вклад обратного рассеяния составляет основную часть шумовой составляющей.
Исследованию статических зон захвата в ЛГ с линейной поляризацией встречных волн посвящено множество работ, которые появляются в открытой печати по настоящее время [17,18]. В частности к ним относятся исследования проявлений связи встречных волн при работе лазера внутри зоны захвата или после выхода из нее [19,20]. Большое количество работ посвящено исследованию динамических зон синхронизации, возникающих в ЛГ со знакопеременной частотной подставкой, и способам их уменьшения [21-27]. Работ по исследованию статических зон захвата в ЛГ с круговой поляризацией излучения мало и их недостаточно для обоснования технологических решений [28]. Работы, в которых было бы исследовано влияние температуры внешней среды и саморазогрева на статические и динамические зоны захвата в зеемановских ЛГ отсутствуют.
Зависимость смещения нуля ЛГ от времени исследовалась в работе [29], где было отмечено, что временная нестабильность смещения нуля ЛГ обусловлена рядом различных факторов, таких как изменения периметра резонатора,
перескоки между различными модами, нестабильность температуры активной среды, тока накачки и т.д.
Известны работы, посвященные исследованию влияния тока разряда в KJI на выходные характеристики ЛГ с линейной поляризацией излучения [17,30], но нет публикаций аналогичных исследований для ЛГ с круговой поляризацией.
В диссертационной работе впервые исследовано энергопотребление зеемановского лазерного датчика вращения в зависимости от схемы горения разряда: в одном и двух плечах в каждом газоразрядном промежутке (ГРП). В зеемановских ЛГ данная схема не применялась, так как качество отечественных зеркал для зеемановских гироскопов не позволяло это сделать. В тоже время она успешно применяется практически во всех ЛГ с прямоточной накачкой на виброподвесе, где используется линейная S поляризация и проще получить зеркала высокого качества. В России такая схема включения успешно применяется, например, в ЛГ типа ЛГ-1 разработки ОАО «МИЭА» [31], а в зарубежных фирмах практически во всех приборах. Так ЛГ фирмы RAYTHEON имеют оптико-физическую схему, обеспечивающую четырехчастотный режим на модах с круговой поляризацией [32], и работают с прямоточным разрядом с одним плечом в каждом ГРП, что позволило получить высокую стабильность выходных характеристик, несмотря на большой ток разряда и малый диаметр каналов. На этой схеме сейчас работают ЛГ типа ZLG (Zero-Lock Laser Gyro) фирмы Litton [33,34], которая в 2001 г. вошла в состав Northrop Grumman (США).
Цель и задачи. Целью работы является исследование влияния температуры внешней среды и саморазогрева на выходные характеристики зеемановских лазеров кольцевых (ЗЛК), определяющих точность лазерных датчиков вращения и трехосных гироскопов на их основе, в том числе при увеличении времени непрерывной работы.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:
• исследование нестабильности ширины статической и динамической зон захвата в кольцевом зеемановском лазере при различных температурных воздействиях;
• исследование нестабильности периметра резонатора ЗЛК при внешнем температурном воздействии и саморазогреве;
• исследование влияния величины тока накачки на ширину статической зоны захвата и невоспроизводимость смещения нуля ЗЛК
• исследование режима работы ЗЛК с горением разряда в одном плече в каждом ГРП.
Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. Впервые получены статистические данные о влиянии температуры окружающей среды на ширину статической и динамической зон захвата, влияния тока накачки на ширину статической зоны захвата и невоспроизводимость смещения нуля в зеемановских лазерных датчиках вращения.
2. Впервые проведено исследование зависимости величины статической зоны захвата ЗЛК от времени нахождения в ней и после выхода из нее.
3. Впервые разработана методика измерения относительного изменения периметра резонатора ЗЛК, позволяющая отбирать зеемановские лазерные датчики вращения для ЛГ с длительным временем непрерывной работы в одномодовом режиме без потери точности.
4. Впервые разработана методика прогнозирования времени непрерывной работы в одномодовом режиме зеемановского лазерного датчика вращения.
5. Впервые проведено исследование выходных характеристик зеемановского лазерного датчика вращения в режиме работы с горением разряда в одном плече в каждом газоразрядном промежутке КЛ.
Теоретическая и практическая значимость работы. Большой объем проведенных экспериментальных исследований резонаторов ЗЛК, и последующий анализ позволили получить статистические данные о поведении статической и динамической зон захвата при температурных воздействиях.
Полученные зависимости в основном подтверждаются теорией, но в то же время были обнаружены приборы, в которых поведение зон захвата отличалось от предсказываемых теорией.
Найдены закономерности изменения границ статической зоны захвата от времени нахождения в ней и вне ее. Качественно найденные закономерности описываются теорией дополнительной инерциальной обратной связи между встречными волнами [19,20].
В ходе выполнения диссертационной работы автором были получены результаты, которые позволили:
• увеличить время непрерывной работы зеемановских лазерных датчиков вращения ЭК-104С в одномодовом режиме с одного часа до четырех часов при сохранении точностных параметров;
• уменьшить энергопотребление датчиков ЭК-104С на 16% за счет перехода на пониженный ток накачки и повысить их точность, в частности: уменьшить ширину статической зоны захвата на 17%, снизить величину выбега смещения нуля с 0,5-1,0 °/ч до 0,2-0,3 °/ч, нестабильность смещения нуля с 1-3 °/ч до 0,3-0,9 °/ч;
• уменьшить энергопотребление и саморазогрев датчиков К-5 на 30% за счет перехода на режим работы ЗЛК с горением разряда в одном плече в каждом ГРП и повысить их точность, в частности: уменьшить ширину статической зоны захвата на 40%, снизить нестабильность смещения нуля с 0,1 -0,15 °/ч до 0,05-0,08 °/ч.
• упростить конструкцию ЗЛК за счет перехода на режим работы с горением разряда в одном плече каждого ГРП.
Представленные в работе программы и методики доведены до практического применения в серийно выпускаемых приборах и позволяют обеспечить требуемые параметры датчиков ЭК-104С и К-5 без увеличения времени проведения технологических испытаний датчиков.
Методология и методы исследования. Основные результаты, полученные в работе, базируются на инженерно-физическом эксперименте, эмпирическом
методе, методе аналогии, статистико-вероятностным методе, прогнозировании с применением аппроксимации.
В работе представлены специальные методики „ для исследования конкретных параметров ЗЛК, позволяющие выбирать оптимальный режим работы прибора. К данным методикам относятся: методики измерения статических и динамических зон захвата при температурных воздействиях, методика измерения дрейфа периметра резонатора ЗЛК в широком диапазоне температур. Лично автором разработана методика прогнозирования времени непрерывной работы датчика, методика выбора напряжения предустановки системы регулировки периметра (СРП) при измерении точностных параметров, методика измерения относительного отклонения масштабного коэффициента зеемановских лазерных датчиков вращения.
Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения, полученные лично автором:
1. Изменение температуры окружающей среды в диапазоне -55...+75 не оказывает существенного влияния на среднестатистическую ширину статической зоны захвата ЗЛК.
2. При работе ЗЛК внутри статической зоны захвата в течение 30 минут и более, наблюдается многократное увеличение ширины зоны захвата, которое полностью устраняется путем последующей работы прибора с частотной подставкой в течение 1 часа.
3. Влияние внешней температуры на среднестатистическую ширину динамической зоны захвата зеемановского лазерного датчика вращения в основном определяется зависимостью амплитуды частотной подставки от температуры.
4. Отбор ЗЛК по величине относительного удлинения периметра и выбор напряжения предустановки СРП обеспечивают увеличение времени непрерывной работы зеемановского лазерного датчика вращения в одномодовом режиме при сохранении точностных параметров.
5. Снижение тока накачки ЗЛК позволяет уменьшить ширину статической зоны захвата и повысить воспроизводимость смещения нуля зеемановского лазерного датчика вращения.
6. Переход на ЗЛК с горением разряда в одном плече в каждом газоразрядном промежутке позволяет уменьшить саморазогрев и увеличить точность зеемановских лазерных датчиков вращения.
Степень достоверности и апробация результатов. Экспериментальные данные получены с применением современной контрольно-измерительной аппаратуры и использованием известных методов статистической обработки результатов измерений. В работе проанализированы 73 источника литературы, из них 47 отечественных и 15 зарубежных. Обсуждение результатов проведено с учетом современных представлений лазерной гироскопии. В работе отсутствуют внутренние противоречия, экспериментальные результаты согласуются с теоретическими оценками. В случае расхождения данных с результатами других авторов исследований, автором дано обоснованное объяснение результатов работы. Научные положения и выводы, изложенные в диссертации, обоснованы и подтверждены большим экспериментальным материалом. Все это позволяет считать результаты работы достоверными, выводы - обоснованными и вытекающими из полученных результатов.
Основные положения и результаты диссертации доложены автором, обсуждены на международных конференциях и опубликованы в сборниках трудов в виде докладов и тезисов научно-технической конференции «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли», Анапа, 2010; 53-й научной конференции МФТИ (Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием) «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук», Москва, 2010; «Концентрированные потоки энергии», Москва, 2010; 1-ой Всероссийской школе-семинаре студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети «Функциональные наноматериалы для космической техники», Москва, 2010; 18-й Санкт-Петербургской международной
конференции по интегрированным информационным системам, 2011; 12-ой и 13-ой конференциях молодых ученых «Навигация и управление движением», Санкт-Петербург, 2011, 2012гг; конференции «Лазеры, измерения, информация» Санкт-Петербург, 2012, 2013гг; 20-й Международной научной конференции «Лазерно-информационные технологии в медицине биологии и геоэкологии», Новороссийск, 2012; XI Международной заочной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук», Москва, 2013.
Результаты диссертационной работы опубликованы в 12 научных работах: в том числе в 4 статьях журналов из перечня ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, и списка литературы из 73 наименований. Материал изложен на 117 страницах, включает 37 рисунков и 10 таблиц.
Глава 1. Статический захват частот встречных волн в зеемановском лазерном датчике вращения при температурных воздействиях
1.1 Интерференция обратного рассеяния
При правильном выборе селектирующей диафрагмы захват в четырех-зеркальном симметричном резонаторе определяется интерференционной суммой четырех волн, рассеянных от четырех зеркал [35]. Амплитуды рассеянных волн определяются свойствами зеркал и являются величинами постоянными. Таким образом, за изменение захвата отвечают относительные фазы интерферирующих рассеянных волн или, что то же самое, изменение расстояний между точками на зеркалах, на которые падают лучи в резонаторе. Если эти расстояния при изменениях температуры не изменяются, то величина захвата должна оставаться постоянной.
При изменении температуры среды деформация резонатора ЗЛК [36] происходит аналогично, как и при самопрогреве, с той разницей, что при каждом новом включении СРП [29] фиксирует периметр резонатора с точностью до одной длины волны (для Не-Ке лазера Х=0,632 мкм).
На входы СРП поступают сигнал расстройки со специального фотоприемника, установленного в датчике, и опорный сигнал, синхронный с током знакопеременной частотной подставки. На выходе СРП вырабатывается напряжение, пропорциональное расстройке периметра относительно центра контура усиления активной среды. Это управляющее напряжение поступает на пьезоприводы [37], управляющие сдвигом двух специальных подвижных зеркал резонатора. Таким образом, в ЗКЛ поддерживаются постоянными длина резонатора и частота генерации встречных лучей, соответствующая центральной частоте доплеровского контура усиления.
Вследствие теплового расширения материала корпуса резонатора ЗЛК при изменении температуры внешней среды будет меняться управляющее напряжение на пьезоприводах для фиксированной продольной моды. В результате при включении прибора при разных температурах корпуса резонатора СРП может осуществляться настройка на различные продольные моды. Таким образом, величина захвата в результате может измениться. Поэтому методика измерения величины захвата ЗЛК при рабочих температурах включает в себя измерения величины захвата на четырех последовательных продольных модах резонатора с интервалом в половину длины волны генерации (Х/2) с тем, чтобы выявить температурную зависимость захвата.
Рассмотрим процесс теплового расширения моноблока ЗЛК при самопрогреве или изменении внешней температуры. Центральная симметрия, как самого моноблока (резонатора КЛ), так и тепловыделяющих элементов (катод, разрядные промежутки, катушки невзаимного устройства (НУ)) позволяет в первом приближении допустить, что поле температур однородно по всему объему резонатора, таким образом, все четыре зеркала смещаются от геометрического центра резонатора на одну величину.
Одновременно СРП поддерживает длину периметра резонатора постоянной, одинаковым перемещением навстречу двух пьезозеркал, как это показано на рисунке 1.1. Из рисунка 1.1 видно, что благодаря симметрии резонатора как при самопрогреве, так и при температурном воздействии расстояния между зеркалами остаются неизменными вне зависимости от длительности времени работы датчика. Рабочие точки на зеркалах не перемещаются по поверхности зеркала, и, следовательно, интерференционная сумма рассеянных волн изменяется за счет изменения фаз интерферирующих волн, обусловленного изменением расстояний между зеркалами. Отсюда можно записать выражение для комплексной амплитуды суммарной обратно рассеянной волны:
Аоб = ах ■ еН^) + а2 • е^Мх-цд + Зз . е{-21к(11+12)-1Фз} +
+ а4 ■ еИ*(11+12+1з)-1Ф4} (1.1)
Рисунок 1.1- Схема деформаций осевого контура резонатора 3JIK при
изменении температуры
где а1...а4 - амплитуды волн, обратно-рассеянные зеркалами 1...4
соответственно, (рг ...ф4 - фазы рассеяния зеркал 1...4 соответственно, к = ^ -
л
волновое число, расстояние между первым и вторым зеркалами, 12- расстояние между вторым и третьим зеркалами, 13 - расстояние между третьим и четвертым зеркалами.
Как было сказано выше при таком расположении пьезодвигателей во время работы прибора при температурных воздействиях расстояния между зеркалами остаются постоянными 1Х = 12 = 13 = 14 = const, а значит и значения фаз фх ... ф4 так же останутся неизменными.
В работе [38] была получена зависимость амплитуды и фазы коэффициентов связи встречных волн между зеркалами, которые определяют
ширину зоны захвата. Было показано, что изменения расстояний между зеркалами при тепловых деформациях резонатора, проводят к изменению частоты выходного сигнала ЛГ, особенно при больших значениях коэффициентов связи.
Зависимость захвата от изменения длины периметра резонатора должна быть периодической, причем период определяется расстоянием между двумя зеркалами. Таким образом, когда расстояние между соседними зеркалами изменяется на Х/2, интерференционная сумма проходит целый период (по аналогии с отражательным интерферометром). Общая длина периметра при этом изменяется в четыре раза больше, т.е. на 2А,. На этой экспериментально подтвержденной модели основана методика измерения захвата [39].
На рисунке 1.2 представлена другая схема резонатора ЛГ, отличительной особенностью которого является плоский оптический контур, при этом пьезоэлементы располагаются не друг напротив друга, а на соседних зеркалах.
В этой конструкции при отработке теплового расширения резонатора изначально квадратный оптический контур превращается не в ромб, как в случае ЗЛК, а в прямоугольник. Это приводит к изменению расстояния между зеркалами во время работы датчика, а так же смещению точек падения лучей на поверхность зеркала как показано на рисунке 1.2, что приведет к разности фаз ф! ...ф4 и изменению суммарной амплитуды обратно-рассеянной волны Аоб. Все эти факторы могут приводить к существенному и непредсказуемому изменению интерференционной картины обратного рассеяния.
Во время работы ЗЛК из-за температурного расширения резонатора, несмотря на малую величину температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) ситалла [40], могут происходить изменения длины периметра резонатора, приводящие к переходу с одной рабочей моды на другую, что будет приводить к изменению интенсивности обратного рассеяния (попаданию либо в ее максимум, либо в минимум и, как следствие, периодическому изменению захвата). Поэтому согласно принятой в НИИ «Полюс» методике захват измеряется на четырех последовательных продольных модах резонатора,
отстоящих на У2 друг от друга. Таким образом, при измерениях охватывается весь период изменения захвата (2Х) и с большой вероятностью получается максимальное и минимальное возможные значения для данного резонатора ЗЛК, а среднее значение по четырем модам характеризует захват при данной температуре [41].
Рисунок 1.2 - Схема деформаций осевого контура резонатора ЛГ с пьезоблоками на соседних зеркалах при изменении температуры
Как было замечено ранее, при однородном поле температур в резонаторе ЗЛК и при изменении температуры среды в силу симметрии конструкции зависимости захвата от температуры быть не должно. Однако, реальная конструкция зеемановского лазерного датчика вращения, в которой резонатор закреплен через пружинные элементы к алюминиевому основанию и окружен магнитным экраном, не может обеспечить полную однородность теплового поля.
Тепловое расширение
Кроме того, из-за разности ТКЛР ситалла и алюминия усилие сжатия резонатора зависит от температуры среды и поэтому к неоднородности теплового поля добавляются механические деформации резонатора, зависящие от температуры. Эти деформации также могут нарушить симметрию резонатора и вызвать изменение захвата. Таким образом, свойства реальной конструкции зеемановского лазерного датчика можно определить только экспериментально.
1.2 Методика измерения ширины статических зон захвата
Зеемановский лазерный датчик вращения помещают в камеру тепла и холода и подключают согласно схеме, представленной на рисунке 1.3, при этом вся контрольно-измерительная аппаратура находится снаружи и не подвергается климатическому воздействию.
Рисунок 1.3 — Схема экспериментальной установки для измерения ширины
статической зоны захвата
Измерение захвата происходит на четырех последовательных продольных модах в различных климатических условиях, охватывающих весь температурный
диапазон работы прибора: нормальные климатические условия (НКУ), минус 55°С и 75°С.
Конструкция ЗЛК выполнена чувствительной к магнитному полю, которое создается при помощи катушек НУ, намотанных вокруг газоразрядных промежутков. Наложение продольного магнитного поля на активную среду лазера создает разность частот встречных волн даже в отсутствии вращательного движения, эквивалентную угловой скорости вращения ЛГ. Поэтому, регулируя с высокой точностью ток в катушках НУ, можно выводить ЗЛК из зоны нечувствительности к малым скоростям вращения [42].
Основным элементом контрольно-измерительной аппаратуры, обеспечивающим работу зеемановского лазерного датчика, является прибор контрольно-испытательный (ПКИ-6) [43]. Основные элементы прибора в виде блок схемы представлены на рисунке 1.4, где ВИП - вторичный источник питания, БН - блок накачки, СТК - система тока компенсации или блок десинхронизации, БЧП - блок частотной подставки.
ВИП осуществляет преобразование сетевого напряжения 220 В, частотой 50 Гц в необходимые для систем жизнеобеспечения датчика постоянные напряжения, такие как 5 В, ±15 В, 27 В и т.д. СРП осуществляет регулировку и стабилизацию периметра в ручном и автоматическом режимах, обеспечивает настройку на моды с ортогональными поляризациями. БН обеспечивает поджиг и горение разряда в двух разрядных промежутках со встречными токами, а так же регулировку и индикацию этих токов. СТК или блок десинхронизации обеспечивает десинхронизацию динамических зон захвата, или остаточных зон нечувствительности, возникающих на частотах, кратных частоте коммутации подставки. Десинхронизирующим воздействием является знакопеременный ток малой амплитуды и низкой частоты (медленный меандр), подаваемый в катушки компенсации [44]. Кроме того, СТК позволяет подавать в катушки компенсации постоянный ток (до ±5 мА) в исследовательских целях. БЧП обеспечивает знакопеременный ток прямоугольной формы в катушках НУ (быстрый меандр).
Рисунок 1.4 - Устройство ПКИ-6
В поставленном эксперименте ПКИ-6 обеспечивает работу зеемановского лазерного датчика, подавая на него необходимые питающие напряжения ипит, из которых мы выделим напряжение, управляющее пьезоэлектрическим приводом исрп, с помощью которого настраивают периметр резонатора на рабочие моды. Источник питания подает выходное напряжение 5 В на регулятор тока, обеспечивающий в катушке НУ линейно изменяющийся от времени ток, обеспечивающий разность частот встречных волн, или сигнал вращения. Реверсивный счетчик ТЕРМИНАЛ регистрирует разность частот сигналов вращения Ду, кГц, и служит для создания частотной подставки и преобразования аналогового сигнала вращения в цифровой. Одновременно сигнал вращения наблюдают на осциллографе. Плавно уменьшая ток в катушках НУ, добиваются полного пропадания сигнала вращения, означающего вход в зону захвата. Момент входа в зону захвата визуально фиксируется по осциллографу, а при помощи миллиамперметра регистрируют ток, который в этот момент был в катушках НУ 11? мА. Далее датчик быстро выводят из захвата, меняют полярность тока на источнике питания (поскольку в обычных условиях работы прибора в катушки НУ подают знакопеременный ток 1ну~0,5 А), и, повторяя предыдущие действия, фиксируют ток 12 , мА. Меня напряжение на пьезоблоках исрп переходят на ортогональную рабочую моду и проводят аналогичные измерения.
Используя экспериментальные данные, вычисляют полуширину статической зоны захвата на одной из рабочих мод Гц, по формуле:
аь = та-аггй <'-2>
'ну
где: \ну- знакопеременный ток в катушках НУ, А; Дуг- - разность частот сигналов вращения на 1-ой рабочей моде, кГц, при токе 1ну ; \1, 12 - токи разной полярности в НУ, при которых пропадает сигнал вращения, мА.
1.3 Результаты измерения ширины статических зон захвата
В эксперименте на 45 зеемановских лазерных датчиках вращения типа ЭК-104С с током накачки ¡н=1,6 мА в процессе климатических испытаний была измерена ширина статической зоны захвата на четырех последовательных продольных модах при различных температурных воздействиях, погрешность измерения составила 10%. Результаты измерений представлены на рисунке 1.5, где четыре измерения на одном датчике фигурируют как независимые, поэтому число измерений в четыре раза превышает число испытанных датчиков.
120
(Я
О 50 100 150 200 250 300
Зона захвата, Гц
Рисунок 1.5 - Разброс значений полуширины статической зоны захвата для всех ЗЛК на четырех модах при различной внешней температуре
На рисунке 1.5 представлены три температурных распределения захвата, построенные с шагом 50 Гц и с выраженным максимумом по оси абсцисс в 150 Гц для температур -55°С и 75°С, и 125 Гц для НКУ. Из полученных данных видно, что функция распределения захвата практически не зависит от температуры окружающей среды.
На рисунках 1.6 и 1.7 приведены статистические распределения, которые точнее отражают изменение среднего захвата по четырем модам конкретных резонаторов 3J1K при изменении температуры среды относительно НКУ.
Статистическая оценка изменения захвата при температуре -55, С
1
-100 -75 -50 -25 О 25 50
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы», 05.11.07 шифр ВАК
Четырехчастотный лазерный гироскоп зеемановского типа на базе кольцевого гелий-неонового лазера2020 год, кандидат наук Миликов Эмиль Анвярович
Четырехчастотные зеемановские лазерные гироскопы с минимизацией ошибок для высокоточных навигационных систем2023 год, кандидат наук Семенов Валерий Геннадьевич
Методы оптимизации и уменьшения ошибок лазерного гирокомпаса2007 год, кандидат технических наук Лепешкин, Дмитрий Викторович
Методы обработки информации в лазерном гироскопе с прецизионной регистрацией перемещений интерференционной картины2013 год, кандидат технических наук Мишин, Валерий Юрьевич
Возмущения ионизационного баланса в газоразрядной плазме кольцевых гелий-неоновых лазеров2019 год, кандидат наук Дао Хоай Нам
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние температуры внешней среды и саморазогрева на выходные характеристики зеемановских лазерных датчиков вращения»
Разность, Гц
Рисунок 1.6 - Распределение разности захватов межу НКУ и -55°С
При проверке зависимости изменения ширины статической зоны захвата в зеемановском лазерном датчике от температуры среды сравнивать данные по захвату, полученные на конкретных модах резонатора при разных температурах, затруднительно, т.к. невозможно при включении датчика определить номер
Статистическая оценка изменения захвата при температуре +75, С
]
Разность, Гц
Рисунок 1.7 - Распределение разности захватов между НКУ и +75°С
Из рисунков 1.6 и 1.7 видно, что данные распределения имеют выраженный максимум и центр распределения, смещенные от нуля на 20 Гц. Дальнейший статистический анализ полученных распределений показал, что с доверительной вероятностью 72% величина температурного изменения захвата составляет 30 Гц относительно среднего значения, что соответствует относительному изменению захвата 20%, при этом вероятность максимального наблюдавшегося изменения захвата составляет менее 1%. Если этим значением пренебречь, то разброс изменений захвата укладывается в 100Гц, что значительно меньше разброса
абсолютных значений захвата (см. рис. 1.5), который достигает 200Гц. Отсюда следует, что предпочтительно работать на одной заранее выбранной моде.
На рисунке 1.8 приводится гистограмма распределения ширины зоны статического захвата для конкретных зеемановских лазерных датчиков с шагом 50 Гц, работающих на заранее выбранной моде в диапазоне рабочих температур. Из гистограммы следует, что своевременный выбор рабочей моды датчика позволяет снизить величину разброса значений захвата до 50 Гц в НКУ и до 100Гц в диапазоне температур.
О 100 150 200 250
Ширина статической зоны захвата в ЗЛК на одной рабочей
моде, Гц
Рисунок 1.8 - Разброс значений ширины статической зоны захвата при работе
ЗЛК на заранее выбранной моде
1.4 Влияние времени работы зеемановского лазерного датчика вращения без частотной подставки на ширину статической зоны захвата
При измерениях ширины статической зоны захвата частот встречных волн некоторых КЛ было обнаружено, что при определенных условиях разность частот встречных волн появляется не сразу после включения частотной подставки, а с некоторой задержкой, после чего наблюдается процесс установления разностной
частоты биений [45]. Величина этой задержки в зависимости от амплитуды частотной подставки могла достигать нескольких секунд, а характерное время релаксации разностной частоты - порядка десятков секунд.
Для зеемановских лазерных датчиков вращения указанные релаксационные процессы наблюдаются только в том случае, если датчик перед включением подставки в течение некоторого времени работал в режиме синхронизации частот встречных волн (находился в захвате), что может произойти, например, при юстировке фотосмесителя. Если же включение частотной подставки происходило одновременно или предшествовало появлению генерации лазерного излучения в ЗЛК, то разность частот между встречными волнами появлялась практически одновременно с включением генерации и длительный переходный процесс в установлении разностной частоты биений не наблюдался.
В работе [19] для объяснения происходящих процессов была построена модель явления, состоящая в том, что в процессе работы КЛ в зоне захвата возникает некоторая дополнительная наведенная связь между встречными волнами. Эта связь может быть обусловлена пространственно-неоднородными потерями в резонаторе, которые при некоторых условиях могут быть сопоставимы со связью встречных волн через обратное рассеяние. Суммируясь со связью через обратное рассеяние на неоднородностях элементов резонатора, эта связь увеличивает зону захвата.
В работе [38] был проведен анализ синхронизации частот встречных волн за счет неоднородных потерь учетом проводимости стенок резонатора, имеющей пространственную неоднородность. Было показано, что наибольшая величина зоны захвата реализуется в том случае, когда потери на зеркале распределены по гармоническому закону с пространственным периодом, равным периоду стоячей волны в проекции на зеркало кольцевого резонатора. Такая ситуация реализуется при длительной работе ЛГ в режиме захвата. Под действием поля стоячей волны в диэлектрических зеркалах резонатора может возникнуть периодическая пространственная модуляция параметров (например, поглощение или преломление). Возникающая в таком случае на поверхности зеркала
= (1.3)
где X - длина волны излучения, а - угол падения.
Главные максимумы при дифракции генерирующего излучения имеют направления ±а, т.е. совпадают с прямым и обратным направлениями. Дополнительное обратное рассеяние на дифракционной решетке и приводит к увеличению связи между встречными волнами.
Существующий гистерезис в появлении и исчезновении лазерного излучения при изменении мощности накачки ЛГ вблизи порога генерации, так же можно объяснить механизмом взаимодействия поля лазерного излучения с зеркалами резонатора. В работе [20] показано, что при отсутствии лазерного излучения ультрафиолетовая (УФ) засветка диэлектрического покрытия возбуждает в нем электроны в зону проводимости. Релаксация этих электронов на «ловушки» увеличивает потери в резонаторе для красного излучения (0,63 мкм), т.е. приводит к увеличению порогового тока. Поэтому генерация возникает при большей мощности накачки, чем исчезает. В проведенных в работе [20] экспериментах была определена зависимость величины гистерезисной зоны от дополнительной красной и УФ засветки зеркал резонатора. Эффект практически исчезал при достаточно мощной красной засветке и возрастал при дополнительном УФ облучении.
Аналогичные исследования были проведены в данной диссертационной работе на ЗЛК с неплоским оптическим контуром и круговой поляризацией излучения. Получена зависимость ширины статической зоны захвата от времени работы зеемановского лазерного датчика вращения с отключенной частотной подставкой и после ее включения [46].
Как было описано ранее - в зеемановском ЛГ достаточно просто измерять ширину статической зоны захвата. Это связано с тем, что частотная подставка для встречных волн создается с помощью электрического тока в катушках НУ,
которым сравнительно легко управлять. Для проведения эксперимента были выбраны 4 зеемановских лазерных датчика вращения типа К-5 с током накачки 1,2 мА разных годов выпуска, имеющие различные диэлектрические покрытия зеркал резонатора.
В начале эксперимента датчики непрерывно работали в течение двух часов в стандартном режиме (с включенной знакопеременной частотной подставкой) до полного прогрева резонатора и установления стабильного состояния активной среды. Для измерения ширины статической зоны захвата СРП была переведена в ручной режим и настроена на заданную продольную моду по центру доплеровского контура уширения. Далее было проведено контрольное измерение ширины зоны захвата согласно описанной ранее методике.
После этого в датчиках отключалась частотная подставка, и приборы некоторое время работали в режиме синхронизации встречных волн (в захвате). Далее происходило включение частотной подставки, и ширина статической зоны захвата измерялась повторно. Датчики находились в статической зоне захвата частот встречных волн от одной минуты до двух часов, после чего в течение часа работали в непрерывном режиме с включенной частотной подставкой. Периодически (с интервалом 1-30 минут) происходило измерение ширины статической зоны захвата. По полученным данным были построены зависимости, представленные на рисунке 1.9.
Как видно из рисунка 1.9, ширина статической зоны захвата за 2 часа работы приборов без частотной подставки возрастает от 4 до 10 раз в зависимости от исследуемого датчика. Проведенный эксперимент подтверждает, возникновение дополнительной обратной связи частот под действием поля стоячей волны [19], что приводит к уширению зоны захвата при длительной работе ЗЛК в режиме синхронизации частот. Полученные результаты согласуются с результатами, полученными на ЛГ с линейной поляризацией встречных волн [19].
Далее, были проведены эксперименты, для определения времени релаксации полученных зон захвата в результате работы с отключенной
Время нахождения 3JTK в захвате, мин
Рисунок 1.9 - Изменение ширины зоны статического захвата от времени работы
3JIK без частотной подставки
Результаты эксперимента, представленные на рисунке 1.10, демонстрируют быстрое уменьшение ширины статической зоны захвата в течение первых минут включения частотной подставки с последующим медленным уменьшением до начальных значений в течение часа для датчиков 1-3 и более плавное уменьшение для датчика 4.
Из полученных результатов видно, что эффект возникновения дополнительной обратной связи волн, приводящий к уширению зоны захвата полностью обратим, для этого необходимо вывести рабочую точку лазера на
Рисунок 1.10- Релаксация статической зоны захвата ЗЛК после включения
частотной подставки Наличие дефектов в различных диэлектрических слоях зеркал, а так же тип используемого покрытия могут быть факторами, приводящими к образованию дифракционной решетки. В многослойных покрытиях рассеяние и поглощение излучения на внутренних дефектах проявляется гораздо сильнее, чем в однослойных.
Из полученных данных видно, что ширина статической зоны захвата при отсутствии частотной подставки, возрастала гораздо быстрее и имела наибольшее конечное значение для первого ЗЛК, все 4 зеркала которого имеют периодическую структуру БЮг/ТЮг и не подвергались процедуре отжига. Наименьшие показатели в изменении ширины зоны захвата при наибольшей скорости релаксации наблюдаются во втором ЗЛК, в резонаторе которого три
зеркала имеют структуру Si02/Ta205 и одно зеркало Si02/Ti02, и в третьем ЗЛК с четырьмя зеркалами типа ЗЛК Si02/Ta205. В четвертом ЗЛК все зеркала так же имеют структуру Si02/Ti02, но прошли процедуру отжига. То есть, образование дифракционной решетки под действием поля стоячей волны, связано не только со свойствами поверхностного слоя Si02, но и последующих слоев, при этом слой Ti02 обладает большим поглощением, чем слой Ta2Os. Результаты эксперимента говорят о том, что предпочтительнее использовать в резонаторе ЗЛК диэлектрические зеркала типа Si02/Ta20s прошедшие процедуру отжига, которая уменьшает количество структурных дефектов на зеркалах и выводит из них примесные газы. Об этом также свидетельствует ширина статической зоны захвата Г2Ь, которая для ЗЛК №1 почти в два раза больше, чем для ЗЛК № 2, 3, 4 и составляет соответственно HL1 = 177 Гц и nL2_4~ 100 Гц.
Модель дифракционной решетки подтверждает еще одни эксперимент, проведенный с зеемановским лазерным датчиком типа К-5 с шириной статической зоны захвата, в несколько раз превышающей допустимые для данного прибора значения. Первоначальная ширина статической зоны захвата для данного датчика по четырем последовательным продольным модам составила: Пь= 489 Гц, 566 Гц, 491 Гц, 652 Гц. После чего, датчик был помещен в камеру тепла и холода, и в течение 2 часов непрерывно работал с включенной частотной подставкой при температуре окружающей среды 75°С. После эксперимента ширина зоны захвата была измерена повторно и составила соответственно: QL = 189 Гц; 154 Гц; 147 Гц; 167 Гц. Таким образом, благодаря «выжиганию» дифракционной решетки с поверхности диэлектрических зеркал красным светом при температуре 75°С, удалось снизить величину захвата в данном приборе на 70%.
1.5 Влияние скорости входа в захват на ширину зоны захвата
Известно, что ширина зоны синхронизации зависит от скорости входа в захват [47]. Для исследования данного эффекта в ЗЛК был проведен эксперимент
Рисунок 1.11— Схема установки для измерения статической зоны захвата в КЛ
ПКИ-6 обеспечивает работу ЗЛК, СРП переведена в ручной режим с настройкой периметра по центру доплеровского контура. При измерении зоны захвата частотная подставка создается путем подачи знакопеременного тока треугольной формы в катушки НУ от генератора треугольно тока. Сигнал треугольного тока поступает на вход оси «X» двухкоординатного графопостроителя Н-307. Выходной сигнал вращения с ЗЛК поступает на вход аналогово частотомера, где преобразовывается в постоянное напряжение пропорциональное частоте сигнала вращения. Это напряжение поступает на вход оси «У» двухкоординатного графопостроителя Н-307. При изменении тока накачки происходит вход в статическую зону захвата и выход из нее.
Для эксперимента было выбрано три резонатора ЗЛК для датчиков типа К-5. Величина статической зоны захвата измерялась на четырех последовательных
Таблица 1.1— Изменение ширины зоны захвата от скорости уменьшения тока в
катушках невзаимного устройства
Номер ЗЛК Ширина зоны захвата, Гц при скорости 3 мА/сек Ширина зоны захвата, Гц при скорости 13 мА/сек
1 79; 88; 76; 68 56; 69; 70; 55
2 74; 71; 80; 69 44; 23; 65; 35
3 113; 104; 125;106 68; 79; 67; 68
Полученные результаты говорят о том, что с ростом скорости входа в захват конечная ширина зоны синхронизации уменьшается, при незначительном снижении точности измерения. В среднем величина захвата снизилась на 33% при увеличении скорости в 4 раза, при этом точность измерения снизилась на 10%. Данный эффект можно так же объяснить наведением дифракционной решетки уже при приближении к захвату согласно модели, предложенной в работе [19].
1.6 Методика измерения относительного отклонения масштабного коэффициента зеемановских лазерных датчиков вращения
Связь встречных волн через обратное рассеяние приводит к отклонению ДК масштабного коэффициента (МК) ЛГ от расчётного значения и к погрешности измерения ЛГ. В общем случае характер зависимости ДК от параметров связи описан в работе [48].
Применения периодической частотной подставки приводит к существенному нелинейному характеру поведения частотной характеристики при угловых скоростях истинного вращения Пк близких к амплитуде частотной поставки (Пп ) [21,49], В этой зоне частотная зависимость МК испытывает осцилляцию по типу аномальной дисперсии [50] вблизи частоты поглощения, что является следствием сильной связи встречных волн как показано на рисунке 1.12.
Рисунок 1.12 - Нелинейность выходной характеристики ЗЛК при скорости вращения близкой к амплитуде частотной поставки
Для количественной оценки ДК в зеемановских лазерных датчиках вращения можно использовать приближенную формулу, полученную в работе [22] экспериментально:
ДК~20-(2ь)2 (1.4)
Ширина области существенной нелинейности МК составляет величину порядка нескольких ширин статической зоны захвата и составляет для ЗЛК 4 ■ Ю-5 - 5 ■ 10~5 при средних Пь = 100 Гц и Пп = 60 кГц.
Для оценки точностных параметров ЗЖ нам достаточно знать значение ДК при малых угловых скоростях и скоростях близких к амплитуде знакопеременной частотной подставки Пп.
На основе этих соображений автором была разработана методика измерения относительного отклонения МК для зеемановских лазерных датчиков вращения [51].
Отклонение МК датчика ДК измеряют при помощи ПКИ-6, реверсивного счетчика ТЕРМИНАЛ, двух персональных компьютеров (ПК) и поворотного стола, обеспечивающего поворот на угол 360° с погрешностью не более 5" с различной скоростью вращения. Для проверки отклонения МК датчик устанавливают в корпус и закрепляют на поворотном столе с помощью специальной оснастки. ПК 1 с помощью блока управления обеспечивает работу поворотного стола, а ПК 2 производит обработку данных, поступающих с датчика через ТЕРМИНАЛ. Указанные выше приборы соединяют согласно рисунку 1.13.
I------1
Рисунок 1.13- Схема измерения отклонения масштабного коэффициента
Измерение МК происходит на двух скоростях вращения (18 и 90 %ек): два измерения для поворота на 360° по часовой стрелке и два измерения для поворота на 360° против часовой стрелки. Число пар оборотов выбирается равным 1, при этом точность измерения составит 3 • 10~6. Если необходима большая точность, то выбирается число пар оборотов равное 2, при этом точность измерения составит уже 2 ■ 10~б.
МК измеряют на четырех последовательных модах: К^", К^, К3, К4 при скорости вращения поворотного стола 18 и 90 %ек. Значение МК К,"/имп, вычисляется по формуле 1.5:
где 2 - коэффициент, учитывающий разворот датчика на фиксированный угол в двух направлениях;
2 - коэффициент, учитывающий удвоение импульсов Терминалом; ф - угол поворота 360°, с погрешностью ±5 ", выраженный в угловых секундах;
- число импульсов с учетом знака, накопленных программой «Масштабный коэффициент» за время измерения при повороте по часовой стрелке; N2 - число импульсов с учетом знака, накопленных программой «Масштабный коэффициент» за время измерения при повороте против часовой стрелки.
С целью повышения точности и уменьшения случайной ошибки для каждой моды проводят три измерения. Из полученных данных выбирается два значения МК, отличие которых по числу накопленных ТЕРМИНАЛОМ импульсов и Ы2 не превышает 20.
Таким образом, получается набор из двух значений МК для четырех последовательных продольных мод при скоростях вращения поворотного стола 18 и 90 %ек.
Далее вычисляется среднее значение МК по формуле 1.6:
кср = ®=1к5(18) + £?=1 к,(90)} (1.6)
Рассчитывается максимальное отклонение МК от среднего значения А ктах при двух скоростях вращения поворотного стола 18 и 90 %ек по формуле 1.7:
A kmax = max|ki - к
max
cp
(1.7)
Величина относительного отклонения МК рассчитывается по формуле 1.8:
Датчик считается выдержавшим испытание, если отклонение МК ДК < 4 • 10~5.
Данная методика позволяет проводить отбор зеемановских лазерных датчиков вращения по отклонению МК для различных областей применения.
1.7 Выводы
В первой главе на основе качественного анализа показано, что в KJI с четырёх-зеркальным резонатором симметричное относительно диагонали расположение пьезодвигателей предпочтительно по сравнению с расположением пьезодвигателей на соседних зеркалах.
Экспериментально показано, что для зеемановских лазерных датчиков вращения:
1. Изменение температуры окружающей среды не оказывает существенного влияния на среднюю ширину статической зоны захвата, которая составляет в среднем 150 Гц во всем диапазоне рабочих температур.
2. С вероятностью 72% изменение захвата относительно среднего значения не превышает 30 Гц, хотя максимальный разброс значений захвата достигает 200 Гц.
3. Предварительный выбор одной рабочей моды для каждого датчика позволяет уменьшить разброс получаемых значений захвата, и его максимальная величина в этом случае не превосходит 50 Гц в НКУ и 100Гц во всем диапазоне рабочих температур.
4. При длительной работе 3JIK в режиме синхронизации частот от 30 минут и более ширина статической зоны захвата увеличивается в 5-10 раз. Если же вывести рабочую точку датчика на значительное удаление от зоны захвата, ширина зоны захвата уменьшается, возвращаясь к первоначальному значению.
ДК =
(1.8)
5. Сочетание длительной работы датчика с включенной частотной подставкой под воздействием повышенных температур позволяет уменьшить ширину статической зоны захвата для некоторых приборов.
6. Экспериментально показано, что ширина зоны захвата в ЗЛК уменьшается с ростом скорости входа в захват.
7. Разработана методика измерения относительного отклонения МК, позволяющая проводить отбор зеемановских лазерных датчиков вращения по данному параметру для различных областей применения.
Глава 2. Динамические зоны захвата встречных волн в зеемановских лазерных датчиках вращения при температурных воздействиях
2.1 Возникновение динамических зон захвата в зеемановских лазерных датчиках вращения
При отражении от зеркала циркулярного поляризованной волны в неплоском резонаторе ЗЖ поляризация в ней изменяется на ортогональную. Следовательно, изменяется и знак магнитной чувствительности. Поэтому для получения зеемановского расщепления частот КЛ необходимо накладывать на соседние газоразрядные промежутки магнитное поле, направленное в противоположные стороны, как показано на рисунке 2.1.
Стрелками показано направление векторов напряженности магнитного поля Н, наложенного вдоль активных газоразрядных промежутков. Для того чтобы создать такое магнитное поле, направление намотки катушек НУ изменяют при переходе с одного разрядного промежутка на другой. Намотка катушек осуществляется как можно плотнее, виток к витку, так как компактно намотанная катушка создает большее магнитное поле. Поверх основной катушки наматывают катушку компенсации, требования к намотке последней менее жесткие.
В ЗЛК знакопеременная частотная подставка создается путем переключения электрического тока в катушках НУ с частотой 1 кГц по форме "прямоугольного меандра". Неплоский резонатор ЗЛК сконструирован таким образом, чтобы собственные частоты резонатора отстояли друг от друга на Д\; = с/2-Ь(с — скорость света, Ь - длина периметра резонатора) и на каждой частоте генерировались две волны: прямая (С\У) с левой или правой круговой поляризацией и обратная (СС\У) с правой или левой поляризацией. В отсутствие магнитного поля частоты этих волн совпадают.
1
1
Рисунок 2.1 - Наложение магнитного поля на активные промежутки ЗЛК: 1 - зеркала резонатора, 2- активные промежутки
При наличии и переключении направления магнитного поля в катушках НУ частоты этих двух волн расщепляются. Разность частот, обусловленная магнитным полем, имеет разные знаки в соседних полупериодах, то ее можно вычитать во внешнем цифровом устройстве и выделять только полезный сигнал.
Введение знакопеременной частотной подставки позволяет перенести начальную, рабочую точку ЛГ из области малых скоростей в область больших скоростей, где выходная характеристика гироскопа линейна и где нет зоны захвата частот встречных волн. Однако применение частотной подставки (в том числе и зеемановской) приводит к новым физическим эффектам, прежде всего к появлению параметрических резонансов, которые для реальных лазерных
Рисунок 2.2 - Выходная характеристика реального ЗЛК с магнитооптической
частотной подставкой
При этом разность частот встречных волн можно описать уравнением 2.1
[13]:
Ду = = МПК + МПЬ БтСф + (3) + ПпОО (2.1)
где ¥ - разность фаз встречных волн, М - масштабный коэффициент, Пк -разность частот обусловленная реальным вращением, Пь - ширина зоны статического захвата, (3 = — (32 _ разность фаз обратного рассеяния встречных
волн, flj-j (t) - искусственное вращение, за счет частотной подставки (амплитуда частотной подставки).
Член, описывающий частотную подставку, имеет различные виды для различных частотных подставок. В результате анализа и решения уравнения (2.1) получаются выражения для выходной характеристики и ширин динамических зон захвата в 3JIK. Величину полуширины динамической зоны захвата можно описать уравнением 2.2 [24]:
(2-2)
где HgN - динамическая зона захвата с номером N , Пь-ширина статической зоны захвата, Т^- период переключения частотной подставки, flR- разность частот, обусловленная вращением, F(t/Tk) - функция, описывающая закон изменения (форму) частотной подставки. Для четных динамических зон F(t/T) = sin(HnTk/2) и F(t/T) = cos(nnTk/2) для нечетных.
В случае частотной подставки синусоидальной формы (только такая форма подставки реализуется электромеханическим способом), при тех же параметрах лазера ширина динамических зон получается значительно больше. Можно уменьшать ширину динамических зон синхронизации следующими методами: уменьшить ширину статической зоны захвата iîL, увеличить амплитуду частотной подставки Пп , уменьшить крутизну фронта переключения частотной подставки т.
Динамические зоны присутствуют в выходной характеристике лишь до угловых скоростей вращения (частот выходной информации), не превышающих Пп [13]. При больших скоростях вращения (частотах) динамические зоны отсутствуют, и выходная характеристика является плавной, близкой и идеальной линейной характеристике. Оценки показывают, что для 3JIK ширины динамических зон составляют ~ 10 Гц при типичных параметрах KJI [53]. Для того чтобы определить и оценить реальную величину динамических зон в зеемановских лазерных датчиках вращения была в диссертационной работе была применена специальная методика.
Для снижения влияния динамических зон в ЗЛК вводится дополнительная знакопеременная частотная подставка с малой амплитудой Пт « Пп и большим периодом переключения Тт »Тк , такую частотную подставку называют «медленным меандром». Такая подставка создается наложением дополнительного магнитного поля на активную среду, создаваемым катушками компенсации. Регулируя ток в катушках компенсации (по аналогии с измерением статического захвата, см. главу 1), можно отслеживать границы динамических зон, двигаясь по частотной характеристике) и с высокой точностью определять их величину.
Для измерения ширины динамических зон захвата датчик помещают в камеру тепла и холода и подключают согласно схеме представленной на рисунке 2.3, при этом вся контрольно-измерительная аппаратура находится снаружи и не подвергается климатическому воздействию.
Рисунок 2.3 - Схема экспериментальной установки для измерения ширины
динамических зон захвата в ЗЛК
Измерение ширины динамических зон захвата происходит на четырех последовательных продольных модах в различных климатических условиях: НКУ, минус 55°С и 75°С (по аналогии со статическим захватом).
Похожие диссертационные работы по специальности «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы», 05.11.07 шифр ВАК
Разработка сенсорной модели больших кольцевых лазеров и их использование в сейсмических исследованиях2005 год, кандидат наук Великосельцев, Александр Александрович
Автомодуляционные колебания излучения монолитного твердотельного кольцевого лазера1998 год, кандидат физико-математических наук Бойко, Дмитрий Леонидович
Методы и алгоритмы повышения точностных характеристик лазерного гироскопа2009 год, кандидат технических наук Суханов, Сергей Валерьевич
Методы и средства стабилизации характеристик гелий-неоновых лазеров для прецизионных измерительных систем2013 год, кандидат наук Воробьев, Павел Геннадьевич
Высокостабильные многоканальные твердотельные лазеры1999 год, доктор физико-математических наук Наний, Олег Евгеньевич
Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Синельников, Антон Олегович, 2016 год
♦ •
4 6 8
Смещение нуля мин/мин
0.35
0.3
4
' ♦ %
ь *
о
? ♦
О 0.2 . о.
<11 С2
л •
§ 0.15
х н
о с;
С 0.1
0.05
♦
2 4 6 8
Смещение нуля мин/мин
Рисунок 4.5 - Изменение смещения нуля за час работы датчика при различной температуре внешней среды: а) НКУ; б) минус 55°С; в) 75°С
Полученные статистические распределения наглядно показывают, что снижение тока накачки ¡н с 1,6 мА до 1,2 мА позволяет уменьшить величину выбега и повысить воспроизводимость смещения нуля зеемановских лазерных датчиков вращения во всем диапазоне рабочих температур.
Так среднее значение выбега смещения нуля в НКУ составило 1,64 °/ч при ¡н=1,2мАи 2,28 °/ч для ь, =1,6 мА, для минус 55°С - 1,92 °/ч и 2,56 °/ч, а для 75°С - 1,69 °/ч и 2,1 °/ч соответственно. Таким образом, снижение тока накачки в ЗЛК с 1,6 мА до 1,2 мА позволяет уменьшить величину выбега смещения нуля на 20-30% в зависимости от внешних температурных воздействий, а так же снизить энергопотребление датчика на 16% [70].
Как известно, одним из источников погрешностей ЛГ является токовый дрейф [71], обусловленный эффектом Лэнгмюра и дающий основной вклад в начальный выбег смещения нуля. Его причиной является направленное движение атомов активной среды вдоль световых лучей в резонаторе лазера. Это движение атомов гелия и неона возникает за счет электронного потока между катодом и анодом в газоразрядных каналах лазера [72]. Скорость движения атомов распределена по сечению каналов неравномерно в виде параболической кривой с центром на оси канала. При этом в центральной зоне канала атомы движутся от катода к аноду, а в краевой (около стенок) зоне атомы движутся от анода к катоду, образуя встречный поток, что в результате приводит к сдвигу смещения нуля ЛГ.
Так же дрейф смещения нуля возникает вследствие тепловых процессов внутри датчика: нагрев газоразрядных каналов и катушек невзаимного устройства. Нагрев газоразрядного канала можно уменьшить, например, за счет снижения тока накачки, что и было реализовано в данном эксперименте. Средняя величина выбега смещения нуля при токе накачки 1,6 мА составила 2,3 °/ч, а при снижении тока до 1,2 мА - 1,75 7ч.
Таким образом, снижение тока накачки на 25% позволило снизить величину выбега так же на 25%. Из полученных данных можно сделать вывод, что величина токового дрейфа в зеемановском лазерном датчике вращения прямо пропорциональна току накачки.
Экспериментальные данные влияния тока накачки на ширину зоны синхронизации в зеемановских лазерных датчиках вращения согласуются с результатами, полученными в работах [30,47] и не противоречат результатам работы [17].
Хорошая воспроизводимость результатов, полученная на 200 приборах, позволяет сказать о том, что снижение тока накачки в ЗЛК приводит к сужению ширины зоны захвата и прямо пропорциональному уменьшению выбега смещения нуля датчиков, что позволяет увеличить точность зеемановских ЛГ на их основе.
3.5 Выводы
1. Теоретически и экспериментально показано, что в ЗЛК с круговой поляризацией излучения и существенным превышением усиления над потерями снижение тока накачки в активных газоразрядных промежутках приводит к уменьшению ширины статической зоны захвата.
2. Снижение тока накачки с 1,6мА до 1,2мА в зеемановских лазерных датчиках вращения типа ЭК-104С позволяет уменьшить ширину статической зоны захвата на 15% и невоспроизводимость смещения нуля за счет уменьшения начального выбега на 25%, а так же уменьшить энергопотребление датчика на 16%.
каждом газоразрядном промежутке
4.1 Особенности работы зеемановского лазерного датчика вращения с разрядом в одном плече в каждом газоразрядным промежутке
Ранее было отмечено, что начальное изменение токового дрейфа сразу после включения датчика в значительной мере обусловлено саморазогревом катушек невзаимного устройства и активных газоразрядных промежутков.
В работе [73] было рассмотрено влияние тепловых эффектов внутри ЗЛК на точностные параметры датчиков вращения на их основе. На основании теоретических расчетов был сделан вывод о наличии связи между изменением температуры вблизи газоразрядного канала КЛ и начальным изменения смещения нуля. Экспериментально была установлена линейная зависимость между изменением разности температур корпуса КЛ и его газоразрядных каналов, обусловленная саморазогревом катушек НУ и приводящая к изменению токового дрейфа относительно начального значения.
Таким образом, для дальнейшего повышения точностных характеристик зеемановских лазерных датчиков вращения за счет уменьшения нестабильности токового дрейфа, представляет интерес переход от схемы с горением разряда в двух плечах в каждом ГРП КЛ к схеме с горением разряда одним плече в каждом ГРП.
Для решения данной задачи, необходимо изучить особенности и сравнить работу датчика, включенного по стандартной схеме с поджигом двух плеч в ГРП и работу того же прибора с подключением по схеме, представленной на рисунке 5.1, где разряд горит только в одном плече в каждом ГРП.
Рисунок 5.1 - Схема подключения ЗЛК для поджига разряда в одном плече
в каждом ГРП:
А1, А2 - аноды; П1, П2 — поджиговые электроды; К - катод; Ш, ЯЗ - балластные резисторы с сопротивлением в 50 Ом;
В2, БЗ и Б4 диоды
Существующая на данный момент схема поджига ГРП ЗЖ перегружена и имеет ряд недостатков:
1. ГРП занимает почти весь оптический контур, в связи с чем применяется специальная схема зажигания разряда, в которой присутствуют дополнительные электроды, поддерживающие постоянное горение разряда. Без них невозможно обойтись, так как при подаче напряжения на аноды разряд пробивается в нерабочих промежутках.
2. Отдельные высоковольтные цепи для поджига.
3. При существующей схеме ГРП имеют большую длину и, следовательно, требуется большее напряжение для получения энергии необходимой для поддержания нужной работоспособности датчика.
4. Элементная база зеемановских лазерных датчиков вращения не позволяет допускать нагрев приборов более 85°С, при этом из-за саморазогрева датчика во
время климатических испытаний температура резонатора ЗЛК становится больше.
Имея на данный момент достаточный запас превышения усиления над потерями г| = 4 в ЗЛК можно перейти от схемы, где разряд горит в двух плечах в каждом ГРП к схеме, где разряд горит только в одном плече в каждом ГРП. К плюсам новой схемы включения датчика можно отнести:
1. Укорочение ГРП за счет отказа от дополнительных электродов для поджига
2. Упрощение конструкции резонатора за счет отказа от электрической диафрагмы при сохранении оптической диафрагмы.
3. Снижение энергопотребления за счет уменьшения напряжения горения.
4. Уменьшение температуры саморазогрева датчика за счет снижения энергопотребления и отказа от двух катушек НУ.
Недостатком новой схемы подключения ГРП можно считать потерю симметрии магнитного поля, так как при данной схеме горения разряда не происходит компенсация магнитной чувствительности в направлениях по осям Ъ и У, в то время как при стандартной симметричной схеме компенсация не происходит только по оси Ъ.
4.2 Экспериментальное исследование работы зеемановского кольцевого лазера с горением разряда в одном плече в каждом газоразрядном промежутке
Для проведения эксперимента был выбран зеемановский лазерный датчик вращения типа К-5, работающий в режиме переключения (реверса) мод. Данный режим работы позволяет минимизировать влияние магнитной составляющей дрейфа смещения нуля. В режиме реверса датчик попеременно в течение 32 секунд работает на одной рабочей моде и 32 секунды на ортогональной. Так же режим реверса мод позволяет выделить из общего смещения нуля как магнитную и токовую составляющую дрейфа, что при одномодовом режиме не возможно.
Датчик был исследован на соответствие основным параметрам для разных схем подключения (с разрядом в одном и двух плечах в ГРП), полученные величины основных выходных характеристик представлены в таблице 5.1.
Таблица 5.1 - Основные выходные характеристики датчика К-5 с одним и двумя плечами в ГРП при разных токах накачки
Название выходной характеристики Два плеча в ГРП Одно плечо в ГРП, ¡н=1,6 мА
¡н=1,2 мА 1н=1,6 мА
Напряжение горения игор, В 766/768 773/774 677/682
Амплитуда частотной подставки Пп, кГц 51/53 54/56 42/43
Амплитуда сигнала вращения АВ1, В 1,7 2,1 0,5
Амплитуда сигнала вращения АВ2, В 1,7 2,1 0,5
Фаза ф,0 90 90 90
Коэффициент передачи пьезоэлектрической головки и*., В/Х 47 49 49
Амплитуда сигнала расстройки периметра при и+0,1 *и>„ Ап, В/А 1,8 2,0 1,0
Магнитная чувствительность по оси Ъ Бмг, 7мин/Э 5,4 5,9 4,6
Коэффициент передачи катушки компенсации Ккк, кГц/А 16,2 17 13,7
Дополнительно для изучения влияния не симметрии магнитного поля была измерена магнитная чувствительность 8М по осям X и У при поджиге только одного плеча в каждом ГРП при токе накачки ¡н=1,6 мА: 8Мх=8,12 7мин/Э; $му=3,1 7мин/Э.
При переходе к новой схеме поджига произошли следующие изменения выходных характеристик ЗЛК: на 12% уменьшилось напряжение горения, на 20% снизилась амплитуда частотной подставки, в 4 раза уменьшилась амплитуда сигналов вращения, в 2 раза уменьшилась амплитуда сигнала расстройки периметра, на 22% снизилась магнитная чувствительность.
Снижение напряжения горения и магнитной чувствительности можно отнести к положительным эффектам новой схемы поджига. Падение амплитуды частотной подставки и сигналов вращения связано с уменьшением превышения усиления над порогом и относится и является отрицательным эффектом.
Для повышения амплитуды сигналов вращения и периметрового сигнала, необходима более точная юстировка фотоприемников. Увеличить амплитуду частотной подставки можно, увеличив число витков катушки НУ.
Также была измерена ширина статической и динамической зон захвата частот встречных волн на четырех последовательных продольных модах при токе накачки ¡„=1,6 мА:
1. Для датчика, включенного с разрядом в одном плече в ГРП: 61 Гц; 58 Гц; 60 Гц; 61 Гц при ПЬсР=60 Гц и 5ПЬ=2 Гц
П8= 16,3 Гц; 12,7 Гц; 18,5 Гц; 13,7 Гц при Песр=3,8 Гц и 5Ц,=0,8 Гц
2. Для датчика, включенного с разрядом в двух плечах в ГРП: 106 Гц; 104 Гц; 103 Гц; 106 Гц при аЬсР=105 Гц и 5£2Ь=1,25 Гц
П8= 14 Гц; 13,1 Гц; 16,7 Гц; 9,9 Гц при Ц,ср=3,4 Гц и 5П§=0,9 Гц
Из приведенных данных видно, что при включении прибора с одним плечом в ГРП ширина статической зоны захвата в датчике снизилась на 40%, а ширина динамической зоны захвата наоборот возросла на 10%. Рост динамической зоны захвата обусловлен снижением амплитуды частотной подставки при переходе к схеме с разрядом в одном плече в ГРП.
Величина превышения усиления над порогом при горении разряда в одном плече в каждом ГРП в ЗЛК равна 2 (г| = 2), что в 2 раза меньше, чем при стандартной схеме поджига.
После предварительных измерений основных выходных характеристик датчик был помещен в камеру тепла и холода для проверки точностных параметров при различных температурных воздействиях [51]. Полученные в результате климатических испытаний данные сведены в таблицы 5.2-5.5, которые представлены ниже.
Анализируя данные таблиц 5.1-5.5 можно сделать вывод, что все основные параметры датчика при горении разряда в одном плече в каждом ГРП находятся в приделах нормы, за исключением амплитуды сигналов вращения, которая стала ниже нормы на 0,5 В за счет снижения превышения усиления над потерями.
Как было сказано ранее, климатические испытания датчика проводились при токе накачки \н=1,6 мА для обеспечения стабильной работы с горением разряда в одном плече в ГРП.
Разница между отношениями Кну = Пп^ну» Для разных токов накачки при разных схемах поджига разряда в КЛ на обеих модах не отличается больше чем на 26%. Это означает, что потери в резонаторе не велики и удовлетворяет требованиям к датчикам. Эти отношения вычисляются по формуле (5.1):
= Кну1,6—Кну1,2
Кну1,б 4 '
где Кну1,б - коэффициент передачи невзаимного устройства для тока накачки 1,6 мА при горении разряда в 1 плече в ГРП, Кну1,2 - коэффициент передачи невзаимного устройства для тока 1,2 мА при горении разряда в 2 плечах в ГРП.
Климатическое испытание № 1 - НКУ
Название характеристики Два плеча в ГРП Одно плечо в ГРП, 1н=1,6 мА
¡н=1,2 мА ¡н=1,6 мА
Среднее значение смещение нуля моды 1, °/ч 2,81 4,08 6,24
Среднее значение смещение нуля моды 2, °/ч 3,7 0,07 1,52
Амплитуда частотной подставки Пп, кГц, мода 1 92,1 93,4 75,3
Амплитуда частотной подставки Пп, кГц, мода 2 95,9 96,5 77,6
Немагнитный дрейф, °/ч 1,62 2,07 2,36
Магнитный дрейф, о/Ч 1,55 2,01 3,88
Скользящая калибровка (короткая), °/ч 0,81 0,07 0,05
Скользящая калибровка (длинная), °/ч 0,08 0,03 0,06
Климатическое испытание № 2 - минус 50°С
Название характеристики Два плеча в ГРП Одно плечо в ГРП, 1н=1,6 мА
¡н=1,2 мА ¡„=1,6 мА
Среднее значение смещение нуля моды 1, °/ч 1,94 7,03 10,17
Среднее значение смещение нуля моды 2, °/ч 2,0 2,29 4,74
Амплитуда частотной подставки Пп, кГц, мода 1 110,6 114,1 90,9
Амплитуда частотной подставки Пп, кГц, мода 2 115,4 118,6 94,1
Немагнитный дрейф, °/ч 1,67 2,37 2,72
Магнитный дрейф, о/ч 1,57 4,66 7,45
Скользящая калибровка (короткая), °/ч 0,98 0,52 0,22
Скользящая калибровка (длинная), °/ч 0,15 0,06 0,06
Климатическое испытание № 3 - 75°С
Название характеристики Два плеча в ГРП Одно плечо в ГРП, iH=l,6 мА
iH=l,2 мА iH=l,6 мА
Среднее значение смещение нуля моды 1, °/ч 2,4 6,24 4,83
Среднее значение смещение нуля моды 2, °/ч 2,59 1,52 0,70
Амплитуда частотной подставки Пп, кГц, мода 1 83,9 84,9 64,8
Амплитуда частотной подставки Пп, кГц, мода 2 86,5 87,5 66,5
Немагнитный дрейф, °/ч 1,19 1,85 2,06
Магнитный дрейф, о/Ч 2,13 1,02 2,76
Скользящая калибровка (короткая), °/ч 0,59 0,29 0,08
Скользящая калибровка (длинная), °/ч 0,06 0,05 0,03
Климатическое испытание № 4 - НКУ
Название характеристики Два плеча в ГРП Одно плечо в ГРП, ¡н=1,6 мА
¡н=1,2 мА ¡н=1,6 мА
Среднее значение смещение нуля моды 1, °/ч 4,75 4,26 6,01
Среднее значение смещение нуля моды 2, °/ч 6,65 0,11 1,26
Амплитуда частотной подставки кГц, мода 1 101,3 97,5 75,8
Амплитуда частотной подставки Пп, кГц, мода 2 105,5 100,9 78,1
Немагнитный дрейф, °/ч 2,6 2,08 2,38
Магнитный дрейф, о/ч 1,59 2,19 3,63
Скользящая калибровка (короткая), о/ч 0,45 0,40 0,14
Скользящая калибровка (длинная), о/ч 0,07 0,05 0,13
За критерий, характеризующий точность зеемановского лазерного датчика вращения типа К-5, приняты значения остаточного дрейфа смещения нуля при использовании скользящей калибровки короткой ДБК: максимальная погрешность дрейфа нуля за 10 минут работы, осредненная за 10 минут после калибровки длительностью 130 секунд; и длинной Д5д: максимальная погрешность дрейфа нуля за 10 минут работы, осредненная за 10 минут после калибровки длительностью 13,5 минут.
Суть калибровки заключается в том, чтобы дать прибору отработать некоторое время до непосредственного начала съема информации, что позволяет минимизировать влияние начального «выбега» смещения нуля и уменьшить ошибку измерения угла поворота ЛГ.
Сравнивая значения этих параметров для двух режимов работы датчика (с поджигом одного и двух плеч в ГРП), получаем что:
1) ДБК < 0,3 °/ч для всех климатических воздействий при работе датчика с горением разряда в одном плече в ГРП и ДБК > 0,3 °/ч в стандартном режиме работы при \н=1,2 мА и \н=\,в мА.
2) ДБд < 0,13 °/ч для всех климатических воздействий при работе датчика с горением разряда в одном плече в ГРП, ДБд < 0,15 °/ч в стандартном режиме работы при ¡н=1,2 мА и ДБд < 0,06 °/ч при 1Н= 1,6 мА.
Такое большое Д5дпри работе датчика с горением разряда в одном плече в ГРП было получено в последнем испытании и в основном было обусловлено вкладом магнитной составляющей дрейфа смещения нуля Пм, тогда как величина токовой составляющей дрейфа Пнм была минимальной.
Следовательно, данный режим работы приемлем для зеемановского лазерного датчика вращения и пригоден для использования. Точностные параметры прибора, полученные при горении разряда в одном плече в ГРП КЛ выше, чем при стандартном режиме работы датчика с током накачки 1Н=1,2 мА.
4.3 Зеемановские лазерные датчики вращения, работающие с горением разряда в одном плече в каждом газоразрядном промежутке
Предварительные испытания ЗЛК с горением разряда в одном плече в каждом ГРП дали положительный результат и позволили повысить точностные параметры датчика за счет уменьшения токовой составляющей дрейфа смещения нуля Пнм. В результате было изготовлено 4 новых прибора согласно рисунку 5.2 на основе датчика К-5 со следующими доработками:
1. использованы балластные сопротивления типа С1 -4-0,5 сопротивлением 20 кОм вместо С 1-4-0,5 сопротивлением 51 кОм и присоединены к контактам 2 и 4 проводов поджига П1 и П2;
2. полностью исключены контакты 1 и 5, провода анодов А1 и А2, стандартный термодатчик и две катушки невзаимного устройства Ни Ь2;
3. уменьшено число секций катушки компенсации Ь5, число витков в каждой секции катушки равно 40, намотка осуществлена в 1 слой под катушками ЬЗ и Ь4;
4. число витков катушек ЬЗ и Ь4 увеличено до максимально возможного (не менее 160 витков в каждой), при этом число витков катушки Ь5 в секциях также увеличено в два раза;
5. в каждой катушечной выборке для катушек ЬЗ и Ь4 установлено по термодатчику ТД1 и ТД2 типа 701-102ВАВ-ВОО соответственно.
Таким образом, была оптимизирована конструкция зеемановского лазерного датчика типа К-5 для стабильной и эффективной работы с горением разряда в одном плече в каждом ГРП при токе накачки ¡н=1,6 мА. Схема прибора до и после доработки представлена на рисунке 5.2, красным показано горение разряда в активных промежутках.
В результате были получены следующие данные: амплитуды сигналов вращения АВ1, АВ2 = 0,4 - 0,6 В (уменьшилось в 3 раза, ниже нормы); разность фаз встречных волн ср = 90° (соответствует норме), амплитуда частотной подставки Пп = 50 - 55 кГц (соответствует норме), что соответствует К„у=100 — 110 кГц/А; магнитная чувствительность 8М =5,4-6 7мин/Э (соответствует
норме); коэффициент передачи катушки компенсации Ккк = 15 кГц/А (соответствует норме); напряжение горения Urop = 550 - 590 В (снизилось на 25%, ниже нормы). Основные точностные параметры датчиков для разных режимов работы представлены в таблице 5.6.
Рисунок 5.2 - Схема работы ЗЛК с поджигом разряда: а) в двух плечах в каждом ГРП (стандартная); б) в одном плече в каждом ГРП
Из таблицы 5.6 видно, что в датчике с горением разряда в одном плече в ГРП максимальная погрешность дрейфа нуля при использовании короткой калибровки снизилась в 2,5 раза для ЗЛК № 1 и 2, а в ЗЛК № 3 и 4 в 3 раза возросла. Максимальная погрешность дрейфа нуля при использовании длинной калибровки снизилась в среднем на 30% для всех четырех ЗЛК с горением разряда в одном плече в ГРП. Средняя ширина статической зоны захвата составила Пь = 50 Гц, что на 35% меньше, чем при стандартной электрической схеме датчика с горением разряда в двух плечах в ГРП. Рост ошибки для ЗЛК № Зи 4
при использовании короткой калибровки связан с кривизной резонатора и с тем, что разряд был погашен не в тех плечах в ГРП.
Таблица 5.6 - Влияние режимов работы ЗЛК на точностные параметры ЗЛК при различной внешней температуре
№ ЗЛК Д5К> °/ч ДБд, °/ч Ль Гц
1 пл. в ГРП 2 пл. в ГРП 1 пл. в ГРП 2 пл. в ГРП 1пл в ГРП 2пл в ГРП
1 0,097 0,175 0,053 0,07 64 79
2 0,33 0,98 0,062 0,15 60 105
3 0,39 0,125 0,113 0,116 38 69
4 0,67 0,22 0,14 0,21 51 60
Что бы понять, чем обусловлено снижение погрешности дрейфа нуля, в таблице 5.7 приведены значения выбега токовой ДПНМ и магнитной ДПМ составляющей дрейфа при трех температурных воздействиях для датчика, работающего с разрядом в одном и двух плечах в ГРП, а также изменение температуры корпуса прибора ДТ во время работы.
Таблица 5.7 - Сравнение режимов работы ЛГ при разной температуре
Температурные условия АПНМ, °/ч ДПМ, °/ч ДТ, °С
1пл. в ГРП 2 пл. в ГРП 1 пл. в ГРП 2 пл. в ГРП 1 пл. в ГРП 2 пл. в ГРП
НКУ 0,34 1,1 0,28 1,5 8 11
-55°С 0,72 1,3 0,29 0,4 6 11
75°С 0,24 0,83 0,17 0,2 9 10
Из полученных данных видно, что режим работы датчика с горением разряда в одном плече в ГРП позволяет снизить величину выбега токовой и магнитной составляющей дрейфа нуля. Температура корпуса снизилась на 20% за счет уменьшения энергопотребления на 30%.
Так же на данном приборе была снята зависимость изменения управляющего напряжения на пьезоблоках за 1 час работы при различных внешних температурах при двух режимах работы с горением разряда с одним и двумя плечами в ГРП: НКУ - 9 и 7 В, -55°С - 40 и 70 В, 75°С - 7 и 12 В. Таким образом, данный режим работы датчика позволил снизить изменение управляющего напряжения на пьезокерамике на 36%, что в дальнейшем позволит увеличить время непрерывной работы в одномодовом режиме для зеемановских лазерных датчиков вращения типа ЭК-104С.
Имея на сегодняшний день достаточный запас усиления Г| = 4 в ЗЛК за счет существенного снижения потерь на зеркалах, появилась возможность получить стабильную генерацию в ЗЛК с горением разряда в одном плече в ГРП, что раньше было не возможно. При этом полностью сохраняется симметрия для бегущих встречных волн.
Переход на новую электрическую схему открывает новые перспективные возможности развития зеемановских лазерных датчиков, позволит отказаться от дополнительных электродов, упростить конструкцию КЛ, снизить габариты и стоимость прибора, а так же открывает новые возможности для создания в едином корпусе трехосного зеемановского ЛГ.
4.4 Выводы
1. Работа ЗЛК с горением разряда в одном плече в каждом ГРП позволяет уменьшить энергопотребление датчика на 30%, температуру саморазогрева резонатора ЗЛК на 20%, снизить ширину статической зоны захвата на 35%, уменьшить погрешность дрейфа нуля за счет уменьшения начального
выбега токовой и магнитной составляющей дрейфа, снизить изменение управляющего напряжения на пьезокерамике.
2. Показаны преимущества режима работы датчика с горением разряда в одном плече в ГРП перед стандартной схемой: снижение влияния неточности изготовления, снижение энергопотребления, упрощение конструкции резонатора ЗЛК за счет отказа от «электрической» диафрагмы и дополнительных элементов поджига.
В данной диссертационной работе проведены исследования, направленные на повышение точности и увеличение времени непрерывной работы малогабаритных лазерных датчиков угловой скорости с частотной подставкой на эффекте Зеемана и получены следующие основные результаты:
1. Экспериментально исследовано влияние температуры окружающей среды на ширину статической зоны захвата ЗЛК, проведен статистический анализ результатов. Показано, что благодаря симметричному относительно диагонали расположению пьезодвигателей в четырёх-зеркальном резонаторе ЗЛК изменение температуры окружающей среды не оказывает существенного влияния на среднюю величину статической зоны захвата. Предварительный выбор одной рабочей моды для каждого зеемановского лазерного датчика вращения позволяет уменьшить разброс получаемых значений захвата.
2. Экспериментально исследован эффект возникновения дополнительной наведенной обратной связи в ЗЛК с круговой поляризацией излучения. Получена зависимость изменения ширины статической зоны захвата от времени работы датчика с отключенной частотной подставкой. Показано, что за время работы датчика в зоне захвата в течение 2 часов в зависимости от типа зеркал ширина статической зоны захвата может увеличиться в 4-10 раз. Последующая работа ЗЛК с включенной подставкой за время порядка 1 часа уменьшает ширину зоны захвата до первоначальной величины.
3. Разработана методика измерения относительного отклонения МК, позволяющая проводить отбор зеемановских лазерных датчиков вращения по данному параметру для различных областей применения.
4. Экспериментально исследовано влияние температуры окружающей среды на ширину динамических зон захвата в зеемановском лазерном датчике
вращения, проведен статистический анализ результатов. Показано, что средняя ширина динамических зон захвата не превышает 10 Гц во всем диапазоне рабочих температур. В то же время имеются датчики с шириной динамических зон в 5-10 раз превышающей среднее значение. В результате проведенного исследования предложена гипотеза о причинах появления «аномальных» динамических зон захвата в ЗЛК.
5. Показано, что использование «медленного меандра» в качестве десинхронизирующего воздействия предпочтительнее «ошумления» частотной подставки, так как величина шумовой составляющей смещения нуля зеемановского лазерного датчика вращения при использовании «медленного меандра» в пять раз ниже, чем при использовании «ошумления» частотной подставки.
6. Разработана методика измерения относительного изменения периметра резонатора ЗЛК, с последующим пересчетом на ТКЛР материала резонатора. Данная методика позволяет проводить отбор резонаторов КЛ с минимальным ТКЛР для зеемановских ЛГ с длительным временем непрерывной работы в одномодовом режиме без потери точности.
7. Сформулированы требования для выбора оптимального напряжения предустановки СРП, позволяющие увеличивать время непрерывной работы ЗЛК в одномодовом режиме без потери точности. Показано, что оптимальная величина напряжения предустановки, позволяющая увеличить время непрерывной работы без потери точности, для датчиков ЭК-104С находится в диапазоне от 50 до 100В.
8. Проведено экспериментальное исследование влияния тока накачки на точностные параметры зеемановского лазерного датчика вращения. Теоретически и экспериментально показано, что в ЗЛК с круговой поляризацией и существенным превышением усиления над потерями снижение тока накачки в ГРП приводит к уменьшению ширины статической зоны захвата и величины выбега смещения нуля.
9. Исследован режим работы зеемановского лазерного датчика вращения с горением разряда в одном плече в ГРП. Показаны преимущества данного
режима работы датчика перед стандартной схемой подключения: уменьшение энергопотребления, снижение влияния неточности изготовления, упрощение конструкции резонатора 3JIK за счет отказа от электрической диафрагмы и дополнительных элементов поджига.
В ходе выполнения диссертационной работы автором были получены результаты, которые позволили:
• увеличить время непрерывной работы зеемановских лазерных датчиков вращения ЭК-104С в одномодовом режиме с одного часа до четырех часов при сохранении точностных параметров;
• уменьшить энергопотребление датчиков ЭК-104С на 16% за счет перехода на пониженный ток накачки и повысить их точность, в частности: уменьшить ширину статической зоны захвата на 17%, снизить величину выбега смещения нуля с 0,5-1,0 °/ч до 0,2-0,3 °/ч, нестабильность смещения нуля с 1-3 °/ч до 0,3-0,9 °/ч;
• уменьшить энергопотребление и саморазогрев датчиков К-5 на 30% за счет перехода на режим работы 3J1K с горением разряда в одном плече в каждом ГРП и повысить их точность, в частности: уменьшить ширину статической зоны захвата на 40%, снизить нестабильность смещения нуля с 0,1-0,15 °/ч до 0,05-0,08 °/ч.
• упростить конструкцию 3J1K за счет перехода на режим работы с горением разряда в одном плече каждого ГРП.
Представленные в работе программы и методики доведены до практического применения в серийно выпускаемых приборах и позволяют обеспечить требуемые параметры датчиков ЭК-104С и К-5 без увеличения времени проведения технологических испытаний датчиков.
В заключении хочу выразить благодарность руководителю работы к.ф.-м.н. Савельеву И.И. и начальнику участка 422/1 Хохлову Н.И. за постоянную поддержку и участие в этой работе, к.ф.-м.н. Якушеву А.И. за оказанные консультации и методические советы, д.ф.-м.н. Чередниченко О.Б. за полезные
ЛГ - лазерный гироскоп
КЛ - кольцевой лазер
ГРП - газоразрядный промежуток
ЗЛК - зеемановский лазер кольцевой
СРП - система регулировки периметра
НУ - невзаимное устройство
ТКЛР - температурный коэффициент линейного расширения
НКУ - нормальные климатические условия
ПКИ - прибор контрольно-испытательный
ВИП - вторичный источник питания
БН - блок накачки
СТК - система тока компенсации
БЧП - блок частотной подставки
УФ - ультрафиолет
МК - масштабный коэффициент
ПК - персональный компьютер
1 Macek W. M, Davis D. Т. M. (Jr.). Rotation rate sensing with traveling-wave ring lasers. "Applied physics letters", p. 67, v. 2, 1963.
2 Фёдоров Б. Ф. и Шереметьев А. Г., Умников В. Н. Оптический квантовый гироскоп. М.: "Машиностроение", 1973.
3 Джашитов В. Э., Панкратов В. М., Голиков А. В. Общая и прикладная теория гироскопов с применением компьютерных технологий. СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2010, 154с.
4 Матвеев В. В. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем. СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009, 280с.
5 URL: http://www.northropgrumman.com/
6 URL: http://honeywellringlasergyro.com/
7 URL: http://www.sperrymarine.com/
8 URL: http://www.sagem-ds.com/
9 URL: http://www.polyus.info/
10 URL: http://www.facriint.com/
11 URL: http://www.iai.co.il/
12 Савельев А. M., Соловьёва Т. И. Состояние лазерной гироскопии за рубежом. "Зарубежная радиоэлектроника" ,№ 8, 1981.
13 Азарова В. В., Голяев Ю. Д., Дмитриев В. Г. Кольцевые газовые лазеры с магнитооптическим управлением в лазерной гироскопии. Квантовая электроника, 30, №2, 2000, с.96-104.
14 Зверев Г. М., Дмитриев В. Г., Голяев Ю. Д. Лазерные гироскопы второго поколения. Военный парад, с. 96-97, № 3 (57), 2003.
15 Приборы МТ-401М Технические Условия ЖГДК.402121.001 ТУ. М.: ОАО «НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха», 2012
16 URL: http://www.rpz.ru/
17 Ароновиц Ф. Лазерные гироскопы. - В кн. "Применение лазеров". Под ред. В.П. Тычинского. М.: "Мир", 1974.
18 Алексеев С. Ю., Чиркин М. В., Мишин В. Ю., Морозов Д. А., Борисов М. В., Молчанов А. В., Захаров М. А. Методика измерения порога синхронизации при изготовлении кольцевых лазеров. Гироскопия и навигация, № 2 (81), 2013.
19 Зборовский В. А., Куликов В. Н., Переверзев А. В., Цигуро Н. Г., Шокин Б. А. Влияние взаимодействия излучения с веществом отражателей на характеристики кольцевого лазера. Квантовая электроника, 5, №3, 1978
20 Зборовский В. А., Соломатин В. А. Кольцевой лазер с инерционной обратной связью между встречными волнами. Квантовая электроника, 7, №4, 1980.
21 Голяев Ю. Д., Тихменев Н. В., Яременко С. О. Нелинейность частотной характеристики кольцевого лазерного интерферометра в широком динамическом диапазоне. "Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника". 1991, вып. 2 (58).
22 Голяев 10. Д., Голяева А. Ю., Назаренко М. М., Тихменев Н. В. Исследование нелинейности масштабного коэффициента зеемановских трехосных лазерных гироскопов. Труды VII межвузовской научной школы молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине», МГУ, 2006.
23 Курятов В. Н., Судаков В. Ф. Динамические зоны синхронизации кольцевого лазера при использовании периодической подставки. Квантовая электроника, 38, №8, 2008.
24 Хромых А. М. Динамическая характеристика кольцевых лазеров с периодической частотной подставкой. "Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника". 1990, вып. 1 (53).
25 Голяев Ю. Д., Толстенко К. А., Найда О. Н., Чубарь А. В. О десинхронизирующем эффекте различных видов шумовых компонент прямоугольной периодической частотной подставки. Электронная техника, серия 11, вып. 4(52), 1989.
26 Голяев Ю. Д., Толстенко К. А. и др. Случайная ошибка кольцевого лазера со знакопеременной частотной подставкой и шумовым десинхронизирующим сигналом. "Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника", в. 4 (56), 1990.
27 Голяев Ю. Д., Колбас Ю. Ю. , Тихменев Н. В., Хохлов Н. И. Исследование влияния крутизны фронтов и шумов прямоугольной периодической подставки на частотную характеристику кольцевого лазера. Электронная техника, серия 11, вып. 4(40), 1986.
28 Рыбаков Б.В., Мельников А.В. и др. Патент СССР № 46006, приоритет от 1967.
29 Голяев Ю. Д., Колбас Ю. Ю., Толстенко К. А. Система регулирования периметра для зеемановского кольцевого лазера с настройкой на продольную моду с заданной чётностью. "Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника", вып. 1 (57), 1991.
30 Богданов В. В., Мынбаев Д. К. Зона захвата в кольцевом газовом лазере. «Оптика и спектроскопия», т. 31, вып. 1, 1971.
31 URL: http://www.aomiea.ru/
32 Matthews J.B., Genes M.I., Pasik D.J. Azimuth determination using a low noise ring laser gyro metrical measurement unit VAIAA. Guidance and Control, Conference, 1981.
33 Chow W.W., Hendow S., Sanders V., Scully M.O. Studies of nonmechanical laser gyros. Journal of the Optical Society of America, 1978.
34 Sanders V.E., Madan S., Chow W.W. Beat-note sensitivity in a Zeeman laser gyro: theory and experiment. Optics Letters, 1980, v.5, №03.
35 Андронова И. А. Обратное рассеяние в кольцевом резонаторе. Изв. ВУЗов. Радиофизика, т. 17 №5, с. 775-777, 1974.
36 Синельников А. О., Тихменев Н. В., Хохлов Н. И. Нанодеформации осевого контура резонатора и захват частот встречных волн в лазерном гироскопе. Труды первой Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых «Функциональные наноматериалы для космической техники». М.: сб. научн. тр./МИЭМ, 2010, 231с.
37 Запотылько Н. Р. Современные пьезокорректоры высокостабильных газовых лазеров для измерительных систем. Лазерные новости, вып. 2, 1996.
38 Филатов Ю.В. Оптические гироскопы. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2005.
39 Синельников А. О., Ермак Е. М., Коржавый А. П. Особенности захвата частот в лазерном гироскопе с частотной подставкой на эффекте Зеемана. Наукоемкие технологии, № 10, т. 13, с. 40-45, 2012.
40 Павлушкин Н. М. Химические технологии стекла и ситалла. М.: Стройиздат, 1983.
41 Ермак Е. М., Синельников А. О., Тихменев Н. В. Влияние температуры окружающей среды на захват частот встречных волн в лазерном гироскопе. Труды XI Межвузовской научной школы молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине», МГУ, 2010.
42 Синельников А. О., Тихменев Н. В. Синхронизация частот встречных волн в зеемановском лазерном гироскопе при температурных воздействиях. Материалы докладов XIII конференции молодых ученых «Навигация и управление движением». СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2011, 434с.
43 Прибор контрольно-испытательный ПКИ-6М Руководство по эксплуатации ет М2.625.015 РЭ, 2013.
44 Голяев Ю. Д., Толстенко К. А. и др. Методы десинхронизации кольцевого лазера с уменьшением шумовой составляющей выходного сигнала. "Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника", в. 1 (57), 1991.
45 Климонтович Ю. Д., Курятов В. Н., Ланда П. С. О синхронизации волн в газовом лазере с кольцевым резонатором. «ЖЭТФ», т. 51, вып. 17, 1966.
46 Савельев И. И., Синельников А. О. Работа лазерного гироскопа в режиме синхронизации встречных волн. «Лазеры, измерения, информация»: сборник трудов Международной научной конференции. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2013, 142с.
47 Hutchings Т. J., Winocur J., Zingery W. L. "5th Symp. Unconventional Inertial Sensors", Brooklyn, Nav. Appl. Sci. Lab., 1969, p. 199.
48 Круглик Г. С., Пестов Э. Г., Покровский В. Р., Куцак А. А. О частотной характеристике кольцевого ОКГ вблизи параметрического резонанса. «ЖПС», т. 13, вып. 5, 1970.
49 Хотев И. М. К теории кольцевого лазера со знакопеременной частотной подставкой. Квантовая электроника, 1980, т.7, №5, с. 953.
50 Яворский Б. М., Детлаф А. А., Лебедев А. К. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. М.: ООО «Издательство Оникс», 2008.
51 Датчик К-5 Программа и методика испытаний ЖГДК.402121.016 ПМ. М.: ОАО «НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха», 2013.
52 Курятов В. Н., Ланда П. С., Ларионцев Е. Г. Частотные характеристики кольцевого лазера на колеблющейся подставке. Изв. Вузов, Сер. Радиофизика, т. 11, 1968, с. 1839.
53 Савельев И. И., Синельников А. О., Хохлов Н. И. Динамические зоны синхронизации в лазерном гироскопе с магнитооптической частотной подставкой. Труды конференции «Лазеры, измерения, информация», СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2012.
54 Савельев И. И., Синельников А. О., Хохлов Н. И. Влияние температуры на динамические зоны синхронизации в лазерном гироскопе с магнитооптической частотной подставкой. Сборник докладов 22-й международной конференции «Лазеры, измерения, информация», т. 3. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2012, 304 с.
55 Голяев Ю. Д., Мельников А. В. и др. Влияние нелинейности характеристик активной среды на стабильность выходных сигналов в квантовых приборах с автоматической стабилизацией параметров. "Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника", в. 1 (57), 1991.
56 Колбас Ю. Ю. Статический гирокомпас с использованием зеемановского кольцевого лазера. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М.: ФГУП «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха», 2011.
57 БеннетВ. Газовые лазеры. М.: "Мир", 1964.
58 Колчев А. Б., Ларионов П. Б., Фомичев А. А. Исследование тепловых дрейфов лазерного гироскопа с магнитооптической частотной подставкой. Исследовано в России, 2006.
59 Синельников А. О., Тихменев Н. В. О стабильности периметра резонатора лазерного гироскопа. Труды 53-й научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». Часть V. Физическая и квантовая электроника. М.: МФТИ, 2010, 252 с.
60 Голяев Ю. Д., Запотылько Н. Р., Недзвецкая А. А., Синельников А. О. Термостабильные оптические резонаторы для зеемановских лазерных гироскопов. Оптика и спектроскопия, том 113, №2, 2012.
61 Кошкин Н. И., Ширкевич М. Г. Справочник по элементарной физике. М.: Наука, 1976.
62 Голяев Ю. Д., Запотылько Н. Р., Недзвецкая А. А., Синельников А. О., Тихменев Н. В. Лазерные гироскопы с увеличенным временем непрерывной работы. Датчики и системы, № 11 (50), 2011.
63 Запотылько Н. Р., Синельников А. О., Тихменев Н. В. Исследование влияния материала моноблока резонатора лазерного гироскопа для ДЗЗ на температурные уходы периметра. Материалы научно-технической конференции «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли. М.: МНТОРЭС им. А. С. Попова, филиал ФГУП «ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс» -«НПП «ОПТЭКС», 2010.
"ЛЗОС" методов и средств дилатометрических измерений для сертификации заготовок материалов с малым ТКЛР". Труды V Международной конференции "Прикладная оптика", т. 1. с. 28-3. СПб., 2002.
65 Датчик ЭК-104С, ЭК-104СЭ Программа и методика испытаний ЖГДК.402121.003 ПМ. М.: ОАО «НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха», 2013.
66 Голяев Ю.Д., Колбас Ю.Ю., Рассказов А.П. Аппроксимация воспроизводимых временных и температурных зависимостей смещения нуля кольцевого лазера. Электронная техника, серия 11, вып. 2(58), 1991.
67 Андреев В. Б. Численные методы [Электронный ресурс], URL: http://www.staff.ulsu.ru/
68 Зейгер С. Г., Климонтович Ю. Л., Ланда П. С., Ларионцев Е. Г., Фрадкин Э. Е. Волновые и флуктуационные процессы в лазерах. Монография под ред. Климонтовича Ю. Л., М.: "Наука", 1974.
69 Савельев И. И., Хромых А. М., Якушев А. И. Влияние давления на эффект Зеемана в кольцевом газовом лазере. Квантовая электроника, 6, № 6, 1979.
70 Мерзликина H. Е., Савельев И. И., Синельников А. О. Влияние тока накачки на точностные параметры зеемановского лазерного гироскопа. Сборник трудов XI Международной заочной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук». М.: Изд. «Международный центр науки и образования», 2013, 92 с.
71 Azarova V. V., Golyaev Yu. D., Dmitriev V.G. and other. Zeeman Laser Gyroscopes. Optical Gyros and Their Applications, RTO AGARDograph 339, 1999.
72 Федоров Б.Ф., Шереметьев А.Г., Умников B.H. Оптический квантовый гироскоп, М.: «Машиностроение», 1972.
73 Ермак Е.М. Механизмы образования и способы уменьшения начального изменения смещения нуля лазерного гироскопа с частотной подставкой на эффекте Зеемана. Дипломная работа, М.: «НИЯУ «МИФИ», 2012.
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.