[发明专利]包括圆柱体固态放大器杆的激光陀螺仪及其激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括圆柱体固态放大器杆的激光陀螺仪、用于测量一至三个角速度的系统、以及用于激励固态放大器元件的相关方法。

背景技术

陀螺测试仪是这样的运动传感器，其可能测量传感器的参考系相对于伽利略参考系关于一个或多个轴线的旋转速度。

激光陀螺仪量计(也称为激光陀螺仪)大多数情况下使用气态放大器介质，其常规地是氦和氖的混合物。然而，可能使用具有固态放大器介质的激光陀螺仪，其中气态放大器介质被固态元件替换，所述固态元件例如涂抹有钕的YAG基质(钇铝石榴石)。

激光陀螺仪的操作原理基于双向激光环腔的萨尼亚克效应，旋转运动施加到该双向激光环腔中。萨尼亚克效应引发在该腔内部以相反方向传播的两种所谓的相向传播光传输模式之间的频率差Ω。在常规使用的固态介质(包括Nd:YAG)中，以相反方向传播的模式共享相同放大器原子。于是，使用术语均匀增益。当两个相向传播模式具有相等或十分相似的频率时，源自于其的干扰信号是可能的移动驻波。增益介质的原子在靠近驻波的波腹时更多相称地参与激励发射过程且在靠近波节是更少相称地参与。于是，在增益介质中产生由驻波约束的粒子数反转网络。只要该两个相向传播模式的频率充分地彼此接近，就保持该网络。当频率差与激励水平的寿命倒数相比是大的时，其对比相称地较少。

法国专利申请FR 2905005(THALES)描述了一种包括至少一个光环腔和固态放大器介质的激光陀螺仪，所述光环腔和固态放大器介质设置成使得两个所谓的相向传播光学模式可在所述光学腔内部彼此以相反方向传播并且传输通过放大器介质。放大器介质耦合到传感器装置，所述传感器装置向放大器介质提供沿着大致平行于所述光学模式的传播方向的轴线的周期性平移运动。

这种装置使得可能调节活性晶体围绕平均位置的纵向位置，使得晶体的原子相对于两个相向传播模式所形成的干涉图形的波节和波腹进行运动，与所述两个模式之间的频率差无关。这种装置使得可能减少增益网络的对比和因此用于激光陀螺测试仪的有害作用，同时不会修改腔的长度。还使得可能的是，减少放大器介质所引发的反向散射作用。最后，该装置可能构成用于处理盲区的装置，所述盲区取决于具体情形可能代替常规机械激活装置或与该常规机械激活装置互补。

这种装置必须允许高激励频率，这对于用在民用航空或武器系统的领域是必要的。该激励频率必须大于用于对应于旨在测量范围的激光陀螺测试仪的输入角频率的两个相向传播模式之间出现的频率差。

一个技术困难在于得到足够高的机械激励频率(在数百kHz的量级)，以及数个微米量级的大振荡幅值，而不会影响形成固态放大器介质的晶体的几何形状和尺寸特征。原因在于，旨在激励频率接近晶体或类似尺寸(在数个毫米量级)的任何其它固体的自振频率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述的各种问题。

显然，本发明使得可能生产一种满足上述状况的完好机械谐振器，其：

-限制该装置的元件的尺寸和数量，以便避免开始谐振部件，这是无用的或甚至干涉旨在总振动；

-设计组件使得可能将这些元件彼此连接，而不会导致减少激励或导致晶体不期望的变形；

-使用谐振器架构，其确保从外部支承件最大可能地隔离，例如通过使用音叉原理，其中谐振器(晶体)一部分的振动通过其它部分(优选地对称的部分)(配重)来动态平衡，因而确保在被选择为从外部支承件隔离的紧固点的连接点处大致为零的得到振动。

因此，本发明的第一方面提供一种激光陀螺仪，所述激光陀螺仪包括具有回转轴线的圆柱体固态放大器杆。所述激光陀螺仪包括：

-环形压电元件，用于沿着所述回转轴线在预定频率f下激励所述固态放大器元件，所述环形压电元件牢固地安装到圆柱体固态放大器杆的两端截面中的一个上，使得其回转轴线与所述圆柱体固态放大器杆的所述回转轴线重合；和

-环形动态配重，其牢固地安装到所述环形压电元件的自由端截面上，使得其回转轴线与所述圆柱体固态放大器杆的所述回转轴线重合；

所述圆柱体固态放大器杆定尺寸成被认为在所述激励频率f下不可变形。

根据上述原理，这种激光陀螺仪使得可能以旨在应用所期望的频率和幅值激励固态晶体杆，同时确保晶体的几何形状类型或尺寸变化的干扰最小，这对于校正激光陀螺仪的操作是不利的。

根据一个实施例，所述环形压电元件的内径以及所述环形动态配重的内径都大于阈值。

因此，入射激光束不受阻碍或限制，因为该阈值大于激光束的直径。

在一个实施例中，所述环形压电元件的内径与所述环形动态配重的内径相等。