автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Методы и средства лазерной гонкометрии

г

..'.J,l . i.'jA.'u". AU.- .1 uill.'uljl

Ha ггоезах pyxcnnc" Ж 621.373

v.- j

Зладггхггзгпч

:i срхсгзл siszustä гоншявжз

Специальность 05.11.07 - Оптические ri оптпко-элзктроннне npriöoj

в ? o p e o; g p a T

длссэртзц::;: на го;:окгн:г? учено" степени доктора гахягчесюх наук

Санкг - Петербург - ISP2

Работа зглолкзяа з Лошетрадгкок г.го:<?рэ?охп::чеоко:.т ггкскгеуте :~:.ВЛ1.УлгЛноза (Ле:-:::на). . , Склл'алънка оппонент:;: к-'? гэхц.каук гсс-'Гзссо?

д-р '..'ехп.на;.':-: профессор 2.,С.Пстг.у>.ьглн, д-р ?охн.на;т. п^оссо? ь.Г.^улонг.ов.

Ззяядэя оргажгзаккя : ПО " Запоя '.рсокал

32'Д1:та длссертас".: оосгоптсл "_"_ ХЭЭ г.

а__чао. на заседай;::: езец^аггзлрозаг-глого совета а C53.23.GI по

1:р:'су::и;о:::"э учено;; стопен;: доктора тб>:н;г:ес::;:и паут, з Ленинградском ннстптуто точно;: :.:е::ак:::::: опт:."::: —о адресу : 137101, С.-Петербург ул.Сасскхска-, К.

С днссертагде:: :,:ох:о ознакомиться: в библиотеке Л^Ю. /л:тет;еа-орг.т разослан "__"__190 • г.

г г

. окрз'-'лрь

1

СЕ#Я »ЗиСЕЯМСИЗй ЕНОТЫ

"> Актуальность ггбс-г-. оовро:.:скннй урозень рс<.«»яхил яркборо-^^рсега.ч. уагпяюстрсекн."., ■.Ь'.злческого эксперимента и других об' Лас^еГ; игу:-::: ;; техники :.'ред:>л:зллх:г высокие требования к точности угяоскх измерений. Так, напри:.: эр, прецизионные схстекх управления необходимо согоднл оСоепечиьать лреобразззателл>.:и угла, позпсля-нгяа лзг.ер:-"г:-, углог-о<? пгясЕччкс вала с погрешность" з несколько дсс 'т:л: углоу.о* секунд:: б диапазоне углоь 0.. .23" рад. Особенно :..ь;зск::е :;ччости дол/п::! рсзлкззеьо*ться б физическом эксперименте, где по:: проведении , например, .на дирракдионнок спектро-

метре тросуурезонь по:рзлкостел спускается до сотой уг.юзой секунд'-: :: ки>.:е. Лсгольссванко углззых средств измерений з навигационной технике та" *з требует от них Еес;.-.;.:а высоких точностей. 6 особенности ото касаетсл измеренил параметров дзи\:енил комплексных \:оделиру:л:;::х стзкдоз длл определения точностных характеристик пнергксльных наьигаписннлх систем различного назиачснил. •

Традиционные средстза измерения угла далеко не есегда з кас-'тоядее вроыл удозлетзорллт пр-д'лзллем::!.. к кл;.: требований:. Одной из оскогных причин такого пслоченил излаете.-: недостаточно злсскзд точность угловчо: мер :: преобразователей угла, задглдих з средствах измерении углозуэ гхал/. Замечательные снойсгна кольцевого лазера (К»,), обеспечивание Зс.дарие к/, высокоточной углевод скалы, обусловили зсы/.огность создания на осксзе НЕ еф1с::ти?нь:х средс.з прецизионных углоэнх измерений.

¿перькз токал измерит ?лы:ня систем сыла предложена французскими исследователями ¿.'¿./¿-.трлн и З.^есд-з патенте ГI] , опубликованном к начало г. Более подробное описание измерительной системы, названной лазерньп.: гониометром, было опубликовано з 1971 г. з работе Г?.1] . 3 указанных работах были изложены основные принципы лостроенлл лазерного гонлеметра (ЛГ), однако полученные в них результаты Скли в значительной столенл поверхностно:, Примерно з эти х:з годы независимо от рзбот французских исследователей в ноыпх работах качалась расрасзака лазерных гониометрических систем. Первоначально зелья проводимых работ было создание угломерной системы, с помощью которой кстно было бы стабилизировать скорость вращения ротационных установок, воецроизводыдлх реодер единица1 линейного ускорения. При проведении атих работ впервые

были получены экспериментальные ^оультату по созданию с псмоиьк» лазерной гонкометрическс5» системы угловой- скалы и аттестации лазерным гониометром дискретных преобразователей угла.

3 дальне Г.:;ем разработка к исследование ЛГ лрезедилаоь в рядо организаций как в на'лей стране, так и за рубежом. При ото;.: ка производственном объединения "Завод Арсенал км И.Ленина" Сг.лиев) бнл создан серийный лазерный гониометр-спектрометр ГС-и!, предназначенный для аттестации «когогрэдчкх призм и измерения показателя преломления, анзехолько поз?хе гониометр для аттестации многогранных врязм выпустило НПО "-Исарк", г.Тбкяиги.

3 результате проведения работ по разработке, исследование и внедрен;» лазерных гокксметричоеккх систем сложились предпосылки для £орм1фоваивя нового науодого направления - лазерной гониометрии. 3 рзмках работ пз созданию такого направления требовалось восполнить недостаток теоретических исследований, позволязги-.х проводить гнализ точностных характеристик'лазерных гониометрических систом с достаточно об^их позиций. Необходим был такгс поиск до-полнительшк направлений использования лазерных гснкомотричоских систем с целью расширения функциональных возможностей лазерного гониометра, для чего требовалась разработка методов и средств лазерной, гониометрии. Указанной комплекс проблем составил предмет данной работы и определил се цель.

Гель работа. Реленпз научно—технической "робломы создания прецизионных методов у. средств угловых измерений на оснозе разработки унифицированного многофункционального рада лазерной гониометрической аппаратуры и построения математической модели лазерного гониометра, ад к<затно определявшей точностные характеристики лазерньте гониометрических систем.

Сснойные задачи ксслелозанир. Поставленная цель достигается решением следуггдих вопросов:

- теоретического обобщения результатов анализа раооты лазерного гониометра с учетом стационарных и нестационарных флуктуаций ке.-0'.;:г.:нентсз вводной характеристики Л;, скорости врадения платформы гониометра и других параметров;

- декомпозиции структурной схемы ЛГ с учетом флуктуация параметров КЛ, ^оддаэднхея непосредственному контролю и воздействию;

- £'Хспер;с.!ектагьнсго и теоретического исследования зависимостей

.:4>г.п:.--нтов вводной характеристики .4.1 с-т его параметров и построения матрицы амплитудно-частотно? характеристики КЛ;

- окспзрлкснталыкх исследований точчосунхх характеристик вращающегося 101 как носителя угловой глгали, и определения адекватности результатов построения математической модели ЛГ опытном данным;

- обобщения требозаний к нулъ-издикаиии углевых направлений, необходимей п боль-еЛ часта систем многофункционального ряда,разработки и исследования интерференииожого нудь-индякатора;

- исследования случайных и систематических составляющих погрех-костг-1 ЛГ при его традиционном использовании для аттестации многогранных прием;

- создания ка основе ЛГ лазерного измерительного преобразователя углозых параметров движения объекта для дистанционного определения с высоко;1, точностью углевого положения к углевой скорос-

отражающей поверхности, установленной на объектах различного типа ;

- разработки и исследования методов создания углових шкал, в гом числе метода, использующего регистрацию на неподвижном носителе записи структуры интерференционного поля, образованного супер-юзиииеЧ встречных золн КЬ;

- построения лазерной систе:.ы гирохомпасирования на основе ЛГ : использованием вращения для создания начального расцепления и измерения углоз для компенсации "подставки". "

Научная новизна. Б процессе проведения диссерационной работы таализована. к исследована схема построения лазерного гониометра, .рок еден поиск путей расширения ф'.-'кинональных зсзможкостей ЛГ, а его основе построен унифицировали?; ряд многофункциональной азеркой гониометрической аппаратуры. Постредством обобщения ре-ультатоп анализа ЛГ создана развитая математическая модель ЛГ. овокупность полученных результатов позволяет говорить о форми-овакии в рожках работы неддкссертацпей нового научного направлена - лазерной гониометрии.

В процессе проведения исследований в работе получены следу-цие лаучныо результаты:

I. С использованием теории стационарных случайных процессе:; 'ювит корреляционный подход к анализу процесса измерения з ла-арной гониометрии, позволивший сформировать основы математичес.-зй модели ЛГ.

2. Анализ процесса измерения угла распространен на случай не стационарных флуктуашй параметров лГ. Задача решена с испольгс ванлем аппарата статистических структурных функций. Для случая фликкерных флуктуации параметров получены чонкретныо выражения, позволяющие оценивать точностныо характеристики ЛГ.

3. Произведено обобщение анализа ЙГ, позволившее перзйта от подхода в рамках- модели фяуктуаиай коэффициентов выходкой xapai терпстики КЯ к более общему случаю, в котором учитываются флуктуации параметров КД, поддающиеся непосредственному контролю и воздействию. Результатом обобщения явилась статистическая моде, процесса измерения угла.

4. Проведены экспериментальные и теоретические (с проведен/, расчетов на основе пслуклассической теории газовых лазеров) ш-следования зависимостей масштабного коэффициента Kil от его пар метров. Развита и исследована модель, скачка масштабного коэффи ииента при изменении подового состава излучения Kil. Посредство, окслержентальной проверки релен вопрос о подходе к определен/ резеда.торной части маептабного коэффициента.

о. На основе результатов исследований зависимостей к&еагабн го коэффициента KU от его параметров и обобщения известных в л торатуре даяых о зависимостях ст параметров KJ1 едьига нуля и линейности выходной характеристики построена матрица амплитудн частотной хг рактеристики вращающегося КЛ. Нахождение матрицы а плитудно-частстной характеристики з сочетании со статкстическо моделью процесса измерения угла позволило получить прикладную сгн» лГ, определяющую точностные характеристики угловой щкалы, воспроизводимой щ дающимся КЛ.

ь. Разработана методика и проьедень: экспериментальные исслс ванпя, позБСЯйгшие впервые выделить погрешность воспроизведен/ вращающимся KJ. угловой лкады из всего комплекса погрелностей j. Определена предельная точность вращающегося KL.1. Показана адекг кос:в разработанной математической модели JS опытным данным. г делены основные источники систематической погрешности Кл.

V. С использованием результатов селения задачи о пересечен: гаусссвско: случайного процесса :г.р-эделены требоган;-я к нуль-;-ЛЕ.икацнп угловых направлений в лазегн:й гониометрии. На осн;« огни гресеваки.. предложен и р^гработай лотоолеутрический агто:-

имотзр с задацдей и анэлизпруяцей. каскахи, области прозрачности .-вторых рэспгло-кены по псевдослучайному закону.

6. Лредлот.ен метод интерференционной нуль-индикации угловых ¡оправлений, с интегральной регистрацией интерференц"онной карти-п-:, кокззавзаП наидучсэз соответствие требования:-.!, предъявляемым •: кулв-ицц;ч:а:.пн углозых направлений. Проведен волновой анализ хзрчботенных интерференционных куль-индикаторов, покезагоиЯ существенное влияние на их работу кеплэскостности отражаздих поеер-гостей.

9. Предложен ыетод, позволякций с использованием принципов лазерной гониометр/и проводить дистанпискныэ измерения углевых перемещений отра-'-.зго'дей поверхности, закрепленной на контролируемом объекте. Проведено развитие метода на одновременное измерение угловых перемещений ь двух взаиг.!косртогональкь:х плоскостях посредством преобразования плоскости сканирования светового пучка нуль-индикатора, Проанализирован:-: точнзетшз характеристики метода и его основные параметры.

10. Прозецзко исследование лазерных гониометрических систем создания угловых икал, в то:.: числе угловых лкал магнитных преобразователей угла. Предложен метод создания угловых ыкал. посредством регистрации нсподвив-н;:.: носителем .записи структур;: интерференционного поля, образованного суперпозицией встречных волн ьра-иащогося Ей При исследовании метода проведен анализ интэрферзн-ции встречных волн КЛ в несвязанной с ним системе координат и эксперименты по регистрации не светочувствительной подложке фрагмента интерференционной лкалы.

11. Исследован лазерный гонисметрицесхий метод определения направления истинного меридиана. Определены погрешности метода, обусловленные как чисто гониометрических ошибками, таи и особенностями динамгчеехого метода измзргния. Проведены экспериментальные исследования метода.

Практическая ценность результатов работы заключается з основ:-. а в то?.:, что разработка методов лазерной гениометр/и-: привела к создания конкретных лазерных гониометрических приборов и систем. 3 работз получены следующие практические результаты:

I. Создана прикладная теория ЛГ, позволяющая производить оптимизацию лазерных гониометрических приборов и систем с точки зрения минимальных погрешностей угловых измерений, .:гввируя как г.а-

ракегры ЛГ с целом (скорость вращения платформы, частота съема информации к др.), так к пзракотрц КЛ (усиление активной с роды, потери резонатора и др.". В разработанной математическом модели показано существенное влияние вибраций основания ЛГ на погрешность измерзни'/.,- определяющее особенности использования приборов лазерной гониометрии в реальных условиях.

2. Разработанные в диссертации принципы построения ЛГ легли г. основу лазерных гониометрических приборов и систем, созданных как в ЛЗТИ (непосредственно автором/, так и на других предприятиях и организациях страны.

3. йазрабстан лазерный измерительный преобразователь углсвсго положения объекта (Л1ЫУ), являющийся по своему назначен;:.!} аналогом фотоэлектрических автсколлиматороз. Сравнение ЛИ;:У по техническим характеристикам с серийными образцами отечественных и за-р:-Секнкх фстослектрическпх азтоколлпматорос показывает, что при погрешности .измерений и быстродействию на уровне лучиих образцов '.ЛГ/ превосходит их по диапазону измерений на 1-2 порядка.

4. Показана высокая эффективность использования ЛИПУ для измерения угловой скорости движения объекта, обусловленная высокой частотой опроса, позволяющей производить точную оценку средней угловой скорости б условиях сложного характера движения объекта. [' го дает возможность применять Л/йУ для оценки угловой скорости собственного ухода гироприборов, предназначен...« для калскизу-щих объектов. Высокие точность и быстродействие позволяют также эффективно определять спектральный состав движения объекта.

5. Разработаны методы и средства -создания прецизионных угловых ыкал для изме; 'тельных преобразователей угла различного типа. Созданные угловые шкалы могут использоваться в системах высоко- , -.•очной стабилизации скорости вращения платформ ротационных установок, предназначенных, в частности, для воспроизведения линейных постоянных и гармонически изменяющихся ускорений.

. . Предложенный ь работе метод создания углонь:х щкал с использованием интерференционной голографии позволяет изготавливать угловые икали для измерительных преобразователей угла, не уступающих по разрешавшей способности и точности кольцевому лазеру, в то -о громя свободных от дрейфа своих параметров.

?. йзультг~ы исследования лазерного гониометрического гиро-псказали перспективность его дальнейшей ра;работки с це--Лгц с^лд^-ия прибора средней точнс-ст/. о малызл временем, необходи-

- о -

мым для проведения ориентации.

• 8. Разработан автоколлпмационкмй нуль-индикатор с псевдослучайна; законом чередования областей прозрачности, повьглакс;ий точность нуль-индикации в лазерной гониометрии. Прннци. построения-устройства монет быть использован при разработке различных автоколлимационных приборов и устройств.-

9. Создан интерференционный нуль-ккдикатор, наилучшим образом отвечающий требованиям нуль-индикации угловых направлений в лазерной гониометрии и имеющий хоролие эксплуатационные характеристики. Интерференционный нуль-индикатор представляет самостоятельный интерес для использования в различных измерительных системах, например, для измерения периодичности движения в ротационных или маятниковых системах.

10. На основе Л1' разработана система прецизионного измерения углового положения поворотного стола, позволяющая с высокой точностью определять угловое положение кристаллов в дпфракцнонжх спектрометрах в существенно больших угловых диапазонах, чем это делается обычно с помощью интерферометров.

11. Результаты исследования зз5Ис:2{остей масштабного козфсипя-ента КП. от зго пар-аыетроз могут быть использованы при разработке лазерных гироскопов для бесплатформенных навигационных систем и других средств ориентации и назигации.

Реализация результатов работы, проработанные з процессе проведения диссертационной работы методы и средства лазерной гониометрии использованы при создании и проектировании следующих лазер-;:ь'х гониометрических систем:

1. Разтнтые в работе принципы построения лазерного гониометра капли применение при разработке серийного лазерного гониометра-спектрометра ГС-1Л в ПО "Арсенал км .З.И.Ленина" (г.Киев).

2. Предложенный з работе метод дистанционного определения угловых параметров движения объекта рзализонан:

- в НЖ Командных Приборов при создании систем контроля угловой скорости собственного ухода гирсстабилизлрованных платформ ЛДЦ-Í, .ПЗД-2, позволивши на порядок повысить точность оценки параметров нави га ци онных систем, разрабатываемых предприятием;

- в АЛНЦП • "ЛИП" и s ЛЭТИ при разработке лазерного измерительного преобразователя углового положения объекта ИУП-1Л, сравне-

- S -

ние характеристик которого с отечественными и зарубе/ккыми акало-гаыи показывает, что по точности и быстродействию он не уступает лучшим образцам, а по диапазону измерений превосходит их на ±-к порядка; •

' - в'ЛГГУ при использовании л<верного измерительного преоб^ызо-•ватедя углового положения объекта для очен, л амплитуды и частоты "собственных колебаний стенда воспроизведения малых угловых скоростей, что позволило повысить точность воспроизведения угловых скоростей.

3. Разработанные лазерные гониометрические средства создания угловых икал магнитных преобразователей угла, предназначенных, для высокоточного воспроизведения угловых скоростей платформ ротационных установок, использованы в НПО "¿Н'ЛЛМ им.А.И.Менделеева" пои создании средств измерений:

- Государственного первичного эталона единицы постоянного линейного ускорения твердого тела в диапазоне 0,001-2 10^ м/с~,

- Государственного специального эталона единицы ускорения в диапазоне частот 0,5-30 Гц,

- комплекса образцовых средстз "Ротор-1", предназначенного для аттестации линейных акселерометров в диапазоне ускорений 5-200 м/с2,

- комплекса образцовых средств АЦ-1А, предназначенного для аттестации личейных акселерометров.

4. Зззультаты разработки и исследования лазерного гониометрического компаса использованы в ПО "Завод Арсенал" при создании экспериментального образца ЛГК и подготовке к проведению ОКР.

о. Разработаны .а методы и средства угловых измерений кавяи при мснекие к лН СССР им.Е.П.Константинова при создании двух-кристального дифракционного спектрометра для исследования энергии излучения з диапазоне Е 400 кзв. Созданные для дифракционного спектрсцетра лазерные гониометрические системы определения углового положения кристаллов позволили -увеличить диапазон угловкх измерений более чем на порядок при сохранении высокой точности, что дало возможность проводить ислсерения на спектрометре в ре^ыг ">. "переброски." кристаллов.

С. -¡Методы и средства, развит ые в днссертв-цискной работе, использованы в ИДО "Азимут" при создании автоматизированной лазер-

кой гониометрической системы для контроля дискретных преобразователе? угла, входящей з состав экспериментального образца. установки. Создание системы позволило существенно повысить производительность контроля при обеспечении точности не ху?е 0,1 угл.с, что дало зозмоуность уменьшить внутриоборотнуо погрешность электропоизо-да установки более чем на порядок.

7. Презго'хэкккй и разработанные з диссертационно/ работе :а-;теп-среренциоккый куль-;:нцихатор углового положения объекта нал;ел реализацию при изготовлении партии скслер:?.:енталькых образцов нуль-1Мд::катора, использовавшихся в ЯСТИ при прозздении рдда хоздоговорных работ и переданных в порядке обмена научно-техническими достижениями б рдд организаций (ПО "Завод Арсенал", НЛО "Азимут", КМ "Полюс", НПО "оНУЛ" им.Д.НЛ.'.ецдзлееза"). На основе ;с;тер?зренцнон-ного нуль-индикатора разработан пи'розой интерференционный авто-!:оллиматср ЛИ-0, ПД, два. экспериментальных образца которого пэрзда-ны во ¿ЕПГГ и Н',ЖП для иопог^зевани.т в с::стемах аттестации преобразователе." угол-код.

8. Развитые в работ-:- методы определения коэффициентов выходной характеристики кольцевого лазера оеалхзозанч в Л ЭТИ при создании стенда для опседе.сзння характеристик лазерных гироскопов.

Раз работав:;": о сродства углевых измерений экспонировались на ЛДЯХ (автор удостоен серебряной медали), ;;а международных вчотав-ках в г.Будапеште (¿1Н?) в 1965 г., з Лалвкутге (Ячдяя) з 1960 г., Хельсинки Финляндия) з 1320 г., а тл:ге ка городских и институтских выставка:':.

Результаты работы используются з учебном процесса в лекциях л лабораторном практикуме по курсу "Основы квантовой гироскопии" и з лекциях по курсу "Организация и проведение испытаний ЛСК^'".

Ня зау.нту выносятся:

I. Математическая модель лазерного гокиомо-тра, включавшая в

себя:

• корреляционный подход к анализу точностных характеристик лазерного го;п:с\'.етоа, позволооциГ: а стационарном случао при известной корреляционной функции частоту выходного-сигнала кольцевого лазера определять погрешность измерения угла; ■

- применение аппарата статкспг-гаскях струкг^ркгх функций для определения погрешностей измерения угла в случае г:ли:<керн№: флук-

туаций частоты выходного сигнала кольцевого лазера;

- структурную схему лазерного гониометра, учитываемо влияние флуктуация параметров кольцевого лазера на коэффициенты его выходной характеристики;

- экспериментальные исследования зависимостей масштабного коэффициента выходной характеристики кодьцевс.'О лазера от его параметров;

- определение погрепностей измерения угла и их зависимостей от фдуктуапий различных лараметроз на основе структурной схемы лазерного гониометра и результатов экспериментальных и теоретических исследований кольцевого лазера.

?.. Экспериментальные исследования флуктуаыий фазы вращающе-гсся кольцевого лазера и определение реальных и предельно достижимых случайных погрешностей воспроизведения кольцевым лазером единицы плоского угла в динамике. Определение систематической составляющей погрешности.

3. Результаты комплексных исследований проблемы нуль-индикации, угловых направлений в лазерной гониометрии. Интерференционный метод нуль-индикаиии угловых направлений и результаты теоретических и экспериментальных.исследований точностных характеристик интерференционных нуль-индикаторзз.

4. Метод лазерной гониометрии, позволяющий производить бесконтактные гзмерения углов, угловых перемещений и угловых скоростей отражающей поверхности, связанной с контролируемы!»; объектом, относительно неподвижного в лабораторной системе координат опорного зеркала. Результаты экспериментальных и теоретических исследований и реализа; .и метода.

5. Лазерный гониометрический метод создания угловых икал посредством регистрации неподви-<шкм носителем записи структуры интерференционного поля, образованного суперпозицией встречных волн вращающегося кольцевого лазера. Реализация лазерного гониометрического метода создания угловых шкал магнитных преобразователей угла .С. Результаты теоретических и экспериментальных исследований

лазерной г чиометрическсй системы, реализующей динамический метод .пределекия направления истинного меридиана.

Личный еусзп автора. Диссертация написана по материалам исследовании, выполненных лично автором, при его непосредственном \чэстин или под его руководством. Авторак предложены и разработа-

- 12 -

;г-: оонозные концовки:' построения математической модели лазерного гониометра. Основные методы ..гезрной гоюкиетрян, ренлязовакзко при проведении работ:-: а ьпае конкретных измерительных систем, таите предложен* автором.

Соавторство, в основном, относится к конкретизации и детализации результатов для частных, случаев, к разработке, испытание и внедрение конкретных средств и к проведен:::: экспериментов.

Апробалия работы. Материалы диссертации докладывалисв и обсуждались на о-й Международной конференции "Лазеры и их применение" (Дрезден, 19оо), на советско-китайском симпозиуме по инерпи-рльным технологиям (Харбин, 1590/, на всесоюзной конференции "Применение лазерэз в науке и технике" '.Ленинград, 1921;, на 2-й и 3-й всесоюзных конференциях "Применение лазеров в технологии и системах передачи и преобразования информации" (Ленинград, 1931, Таллинн, 1937), на 1-м, 2-м и 3-м всесоюзных совещаниях "Квантовая метрология и фундаментальные физические константы" (Ленинград,

1985,1983), на 10-Я, в2-й, ХЗ-й, х4-й, хЬ-Л, Хс-л, ¿7-л межрегиональных конференциях памя' л НЛ'.Оетрлксва (Ленинград, 1576, 1900, 1932, 1964, 195ч>, 1550, 195-0), на конференции "Оптические и оптико-электроннь;е приборы для точных угловых я линейны:-: измерений" (Киев, 19с7), на всесоюзной конференции "Автоматизация научных исследований на основе применения ЗЗК" (Новосибирск, 1979), на всесоюзно;.: семинаре "Метрология в прецизионном машиностроении" (Саратов, 1990/, на всесоюзной конференции "Гироскопические системы и их элементы" (Москва, 1556), на краткосрочных семинарах "применение лазеров в системах передачи, преобразования л обра-бетки информации" (Ленинград, 197с, Т9сО, 1961), на профессорско-преподавательских конференциях ЛЗТЛ им.В.И.Ульянова(Ленина) (19791590 у.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 7 глав, введения, заключения и приложения. Главы объединены в два раздела. Лчссертация содержит 262 стр.основного текста, 104 стр.рисунков, 19 стр.приложения, всего 405 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕШШЕ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цель и задачи исследования, научные и практические результаты работы и основные положения, выносимые на защиту.

Первый раздел (главы 1,2,3) посвящен вопросам теории лазерной гониометрия и включает в себя результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на построение математической модели лазерного гониометра.

В первой главе рассматриваются принципы построения лазерных гониометрических систем и .разрабатываются основы математической модели лазерного гониометра. Обобщенная схема лазерного гониометра является основой построения унифицированного ряда многофункциональной лазерной гониометрической аппаратуры (рис.1), включающего в себя следующие направления развития лазерной гониометрии:

I. Лазерные гониометры для аттестации угловых мер (в первую очередь многогранных призм). Блок-схема гониометра представлена на рис.'1,а, где I - КЯ, 2 - поворотная "платформа, 3 - привод, '4 - мнигсгракная призма, 5 - фотоэлектрический нуль-индикатор, обеспечивающий выработку импульса в момент совпадения нормали к одной из гранеЯ многогранной призмы с визирной осью нуль-индикатора (НЮ. Сигналы с КЯ и НИ поступают в блок обработки информации 6, работа которого строится по алгоритму:

=. ¿- V

'I «-1 ¿—

(I)

где т;. - измеряемый С -й центральный угол многогранной приами, - частота выходного сигнала КЛ, I и П • номер и общее число граней многогранной призм: соответственно, ] и 3 -номер и общее число оборотов поворотной платформы в течение процесса измерения соответственно. Впервые такой ЛГ реализован в наших работах во ¿Н/аГМ :а.:,Д.И,Менделеева в 1974-1975 г.г.

2. Лазерные гониометры для аттестации дискретных преобразо-гатедей угла. Блск-схе:.;д такого гониометра представлена на рис.1,6, где злеиенты 1,2,3,с ~ те же( что и на рис.1,а, 4 и 5 - ротор и статор дискретного преобразователя.угла. Впервые был создан с

I_L

7777

ilLL

Э I

[il:

LI

Q)

. 1 . .,"i i

m-

ntrr

ТГ,

/

LL.

6)

5

Г'

CHJ

Í

va

Ь)

—V el

nVi

[ДЩ

5

m г

/ t / /

ш.

] 7/7//

e)

Bic.I. Системы, входящие в многофункциональный ряд лазерной гониометрической аппаратуры.

участкам автора при исследовании магнитных преобразователен угла.

3. Лазерные гониометрические системы создаю:.- угловых цкал. Ьлок-схема системы создания гкал представлена на рис.!,», где 4 -носитель записи (магнитный барабан, светочувствительный слой и др.), Ь - исполнительный орган V ¿агнитная головка, лазер н др . , о - блох управления. Первая реализация сиса .мы нанесения угловой скалы на магнитный барабан была произведена в н-пвих работах в

I972-1973 г.г.

4. Лазерный гониометрический измерительный преобразователь углового положения объекта.

Лазерный гониометр для бесконтактного измерения углового положения объекта был предложен в кгыих работах и реализован в 19й1-й7 г.г. в ЛЭТИ им.В.И.Ульянова(Ленина. и НИИКЛ. о данной схеме (рис.1,г) световой пучок НИ о сканируется б горизонтальной плоскости за счет вращения многогранной призмы 4. НИ вырабатывает ил,¡пульсы в те моменты времени, когда сканируемый пучок падает нормально на опорное зеркало о или контролируемое зеркало 7, закрепленное на подвижном объекте 6, что позволяет определять угол менду опорным и контролируемы! зеркалами.

Ь. Лазерный гониометр для измерения углового положения поворотного стола.

Такой гониометр был реализован в последние годы в ПО "Завод Арсенал" и .;:гТЛ им.2.И.Ульянова(Ленина) совместно с АН СССР и.:.Б.П.Константинова. Ьлок-схема представлена на рие.1,д. НИ 4 в данном случае вращается совместно с КЗ и вырабатывает импульсы при падении его светового пучка нормально на подзижное зеркало о, :кеетке связанное • поворотным столом 8, и на опорное зеркало £. Елок обработки информации 9 определяет угловое положение поворотного стола относительно основания. Полученная информация используется в блоке управления 10 для выработки управляющего сигнала привода 7 поворотного стола.

с Лазерная гониометрическая система ориентации.

Блок-схема системь: представлена на рио.1,е. а данном случае нормаль к плоскости резонатора КЛ 1 г-а клонена на угол 0 относительно оси ьращения. Отличие измеренных значений центральных уг-яев многогранной призмы от их истинных значений, обусловленное вкладом горизонтальной составляющей скорости вращения секли, да-

инЬр:г::из об угле ма-кд^' пзиркой осью НИ 5 и плоскостью истинного кзрицизша.

Рг. звитио метода •/. исследование его розмо^ностей проводилось о 13о9-70 г.г. з ¿'Ал,' им.А.Можайского [з] и в !5с2-68 г.г. в

та .о. Л. Г льгкоБаС ,-енгжа}.

3 результате анализа угефширэгаккого ряда многефункшмналь-ной лазерной гониометрической аппаратуры разработана функциональная схема ЛГ, на базе которой развиты основы математической модели лазерного гониометра. 3 основу модели ЛГ заложены лоложеная корреляционной теории, позволяющие при рассмотрении ЛГ з виде линейной системы и знании корреляционной функции флуктуации выходного сигнала кольцевого лазера определять погрешность измерения угла. оэтз?. особенностью модели ЛГ' является учет процесса калибровки КЛ, заключающегося з определении числа периодов выходного сигнала КЛ внутри естественного эталона, поворота КЛ на рад, и соответственно гахсздоиж "углсьой пс.ты" периода выходного сигнала. Рассмотрена погрешность измерения угла как функция величины измеряемого угла в случае флуктуации частоты выходного сигнала КЛ' в виде стационарного 'широкополосного случайного процесса. Такой подход однако не всегда корректен, так как в реальных условиях возможны нестационарные флуктуации частоты выходного сигнала КЛ. При рассмотрении нестационарных флуктуаыий развит подход, основанный на использовании аппарата статистических структурных функций 4 и позволяющий определять погрешность измерения угла в том случае, когда корреляционной функции флуктуации частоты КЛ может не существовать. Анализ проведен для случал фликкерных флуктуации частоты выходного сигнала КЛ.

При рассмотрении работы ЛГ необходим учет особенностей кольцевого лазера, заключающихся в его чувствительности к скорости вращения относительно инерпиальной системы отсчета и в наличии в его выходной характеристике (зависимости частоты выходного сигнала от скорости вращения) сдвига нуля ( Ко нелинейности [коэффициент нелинейности К_| ;. Учет чувствительности к абсолютно:; скорости вре-щени,- прев еден в рамках развитого корреляционного подхода. При этом учитывались угловые движения основания ЛГ вокруг оси вращения ХЛ. Угловая скорость движения основания введена как аддитивный источник частоты выходного сигнала КЛ и рассмотрен

в виде суперпозиции стационарных узкополосных случайных процессов. Результатом анализа является вызод о существенном влиянии угловых вибраций основания ДГ на погрешность измерения угла.

Учет особенностей' зависимости частоты сигнала КЛ от скорости вращения проведен в рамках модели флуктуация коэффициентов выходной характеристики КЛ ( К.0 , , К, , где К, - масштабный коэффициент). В случае стационарных флуктуаций коэффициентов рассмотрение велось через соответствующие корреляционные функции. При нестационарных флуктуациях коэффициентов выходной характеристики, что особенно характерно для коэффициента нелинейности, использован подход, основанный на аппарате статистических структурных функций.

Чувствительность № к скорости вращения Земли, а также наличие в выходной характеристике сдвига нуля и нелинейности, приводят к существенному влиянию на погрешность измерения угла нестабильности скорости вращения платформы ДГ. Учет нестабильности скорости вращения проведен для случая флуктуации з виде смеси широкополосного и узкополосного случайных процессов. Узкопслосная составляющая флуктуаций скорости вращения дает погрешность измерения угла в виде гармонической зависимости от величины измеряемого угла.

Вторая глава посвящена детализации математической модели ЛГ, дающей возможность учитывать флуктуации не только коэффициентов выходной характеристики, но и параметров КС, поддающихся измерению и непосредственному воздействию, таких, как длина перл/.етра ■резонатора, усиление активной среды, интенсивность генерации, параметры связи встречных волн и др. Проведена декомпозиция структурной схемы ЛГ (рис.2), позволяющая учесть влияние флуктуаций каждого параметра КЛ рп на коэффициенты выходной характеристики К, > , К-1 • При этом корреляционная функция флуктуаций частоты выходного сигнала КК Й^Сс-*) представляется б матричном виде, учитывавшем возможные взаимные корреляции ког^нициентоь:

К-Ко

Ко«,

о

О.

Ко

О

О

СГ ^КоК-с? О

о (^¿Ш

(2;

где - корреляционная функция флуктуации коэффициента годной характеристики ; - скср^сто вращения.

Раскрытие корреляционных функций требует рассмотрения

преобразования флуктуации параметров кольцешза лазером. Ь целях некоторого упрощения сделан переход к спектральные; характеристикам и поставлена задача отыскания матрицы амплитудно-частотно.; характеристики К): по отношения к флуктуация:/. каждого параметра. Нахождение такой матрицы позволяет определять изменения коэффициентов выходкой характер:-: .тики КО. и соответственно погрешность измерения угла, об,у ловленные сйлуктуациями параметров КН.

Определение амплитудно-частотных характеристик. К-1 проведено в цикле теоретических и экспериментальных исследований. Основное внимание уделено влиянию флуктуации параметров Нл на масштабный коэффициент выходной характеристики. Анализ влияния масаэбно-го коэффициента проведен с использованием амплитудных и частотных уравнений полуклассической теории кольцевого газового лазер.-[5,63 . Нахождение вклада активной среды ь масштабный коэффициент дало возможность определить зависимости от усиления активной среды, потерь в резонаторе, расстройки частоты генерации относительно центра линии усиления. Соответствующие экспериментальные исследования позволили получить указанные зависимости опытным путем и сравнить их с теоретическими данн:?.:;:. Сравнение показало хорошее соответствие(расхождение з пределах ЭД5) экспериментальных данных с результатами анализа. Особое внимание было уделено обнаруженному экспериментально скачку масштабного коэффициента при изменении модового состава излучения. Показано, что скачок величины К, обусловлен изменением нелинейной дисперсии активной среды за счет провалов в контуре иньерсной населенности, возникающих при появлении встречных волн ноной моды. Бшгл проведены специальные экспериментальные исследования по нахождению зависимости резонаторной части масштабного коэффициента от показателя преломления заполняющей его среды. Полученные результаты позволили выяснить какой из подходов к определенна резонаторной части масштабного коэффициента является ве^-вдч.

Определение зависимостей масштабного кг фициента от параметров Ю1 дало возможность найти амплитудно-частотные характеристики КЛ, характеризующие влияние флуктуации, таких параметров, к;..а усиление активной среды, потери в резонаторе, длина периметра

на масштабный коэффициент выходной характеристики.

С целью нахождении элементов матрицы амплитудно-частотной характеристики КЛ, характеризующих влияние флуктуаций парачетроз КЗ на сдвиг куля и нелинейность выходной характеристики, проводились соответствующее эксперименты, а такге обобщение известных из литературы данных. Были определены элементы матрица амплитудно-частотной х .арактеристики КЛ по отношению к флухтуациям длины периметра резонатора К/1, разности потерь резонатора для встречных волн, разности токоз е плечах активногг элемента Со учетом лэнгмюровского дрейфа активных атомов», коэффициентов рассеяния встречных волн.

Результатом определения компонентов матрицы амплитудно-частотной характеристики КЛ явилась полная погрешность кзмэрения угла, представленная также в матричном вида и определяющая Еклад з нее флуктуаций различных параметров"Кл. £ксчет вкладов различных компонентов матрицы погрешности позволяет выработать рекомендации к построению лазерного гониометра о минимальной погрешностью, создает возмо:кнссть оптимизации его характеристик,

В третьей главе работы приведены результаты экспериментальных исследований, направленных на оценку реальных точностных характеристик вращающегося кольцевого лазера, являющегося основном компонентом лазерного гониометра и гадающего т. процессе измерений его внутреннюю угловую шкалу.' Эксперименты проводились по методике, позволившей выделить погрешность КЛ из общей погрешно.сти ЛГ и заключающейся з одновременном вращении двух КЯ,один из которых производит задание угла, а второй - его измерение, Фактически исследовались флуктуации фазы выходного сигнала вращающегося КЛ. 3 эк-спер;а/.ентах было получено, что при ссреднедаи за времена, не превышающие некоторой критической величины, определяемой соотношением амплитуд стационарных и нестационарных флуктуаций, рост дисперсии флуктуаций фазы с увеличением угла соответствует диффузионному закону флуктуаций фазы, характерному для широкополосных случайных процессов. При больших временах осреднения, соответствующих углам . позорота КЛ порядка '700 град и более, начинают ■ превалировать нестационарные флуктуации фазы. Полученные з экспериментах зависимости реальной погрешности гвдания угла от величины угла при использовании калибрезки K'i хорошо ложатся на теоретическую кривую, построенную для случая широкополосных флуктуаций фазы выходного сигнала

КД и имеющую максимум на угле, равном 1£0 град.

Рандомизация экспериментальных данных дала возможность оценить предельные уровни погрссности, обусловленные б основном естественными флуктуация»::! в КК и оказавшиеся равны® при задании угла 160 град для используемых з экспериментах типах К,Ч на уровне 0,02 угл.с.

Было проведено исследование систематической составляющей пог-рескости Кл. Зкспериментк показали, что основные источником систематической пох'решности КС (для типов КЕ с отражателями в виде приз;-: полного внутре шего отражения) является вкалнес магнит 'ое- поле, в частности, магнитное поле секли, создающее за счет эффекта йарадея на отражателях и активной среде фазовую анизотропию. ¿Максимальная величина погрешности леетт на уровне 0,05 угл.с.

Бо втором разделе работы рассматриваются собственно системы унифицированного ряда многофункциональной лазерной гониометрической аппаратуры. Сскозной акцент здесь делазтея на раскрытие методов, лежащих в основе построения разработанных измерительных систем, анализе работы их компонентов, исследовании точностных характеристик.

Четвертая глава посвящена лазерному гониометру, предназначенному для измерения центральных углов многогранных призм. Основное внимание здесь уделяется проблеме нуль-индикации угловых направлений, имеющей важнее значение и б других системах лазерной гониометрии. С использованием результатов рзыения задачи о пересечениях га-уссоесяого случайного пропессасформулировань: основнь:е требования к характеристика:.! нуль-индикатора. Показано, что дисперсия погрешности нуль-::нди::ации углоььвх направлений пропорциональна квадрату угловой ширины ;а:пульса на выходе Н11 и обратнопроперциональна отношению сигк.-л/о:ум.

Рассмотрен НИ автеколлимационного типа к его основные характеристики. Прздлоыен и исследован аьтоколлимациенкый НИ с задающей, и анализирующей масками, области прозрачности которых распределены по псевдослучайному закону. Показана возм.:ность с использованием такого подхода -существенного ..уменьшения случайной погрешности нуль-индикации.

Разработаны принципы построения КИ интерференционного типа с интегральной регистрацией интерференционной картины. Рассмотрение различных вариантов построения такого КИ (со светоделителем в а/- 22 -

де призмы Кестерса, бипркззлк Дове, с обратнокругозым ходом лучей) показало, что интегральная регистрация интерференционной картины обеспечивает калуга угловую ширину импульса на выходе .НИ, большую величину отношения сигнал/сум, слабую чувствительность :-: вибрациям элемекгсз ЛЯ, Проведены экспериментальные и теоретические исследования интерференционного КИ. Эксперименты показали, что величина случайной погрешности НИ лежит на уровне 0,01о угл.с. 3 теоретических исследованиях основное внимание уделено анализу систематических погрешностей, прозеденнсму методами золнозой оптики, па основе полученных результатов сформулированы требования к выполнению КИ, касающиеся в первую очередь неплоскостности волновых фрон-тоз интерферирующих световых пучков.

Получены результаты по случайно;; и систематической погрешностям ЛГ, работающего 2 режиме аттестации многогрзкных призм. Показано, что случайная составляющая погрешности ЛГ с интерференционны.! КИ при .исключении погрешности диекрзтноотн счета посредством умножения частоты выходного сигнала 101 или использованием метода досче-та обусловлена в основном угловыми вибрациями основания. йелхчина случайной погрешности однократного измерения лежит на уровне 0,1 угл.с и начиная с углов порядка I град практически не зависит от величины измеряемого угла. Систематическая составляющая погрешности оценивалась посредством измерения на ЛГ многогранной призмы, аттестованной в НПО "¿НХХХ им.Д.И.Менделеева". Различие результ&тоз измерений не превысило 0,3 угл.с и обусловлено, по-видимому, использованием НИ розличного типе.

5 пятой главе рассматривается одна из наиболее перспективных систем унифицированного ряда лазерной гониометрической аппаратуры - лазерный измерительный преобразователь углового положения объекта (ЛИПУ, (рис.1,г). Теоретические и экспериментальные исследования ЛИПУ показывают его Еысокую эффективность, обусловленную высокой точностью И частотой опроса и очень болъш.а: диапазоном измерений. Введение в хснионетр оптического преобразователя плоскости сканирования позволяет производить измерения одновременно по двум координатам. Являясь по своему назначению аналогом фотоэлектрического автоколлиматора, "ЛГУ превосходит известные отечественные и зарубежные серийные приборы по точности и особенно по диапазону измерений, достигаухдему при благоприятных условиях измерений оО гр*1Д.

Метрологические исследования ЛИПУ, проведенные посредством сличения с образцовыми средствами измерений углоделительным прибором УДП-025 и фотоэлектрическим автоколлиматором АФ-2, ползали, что предельная погрешность ЛИПУ не превышает 0,2 угл.с зо всем диапазоне измерений.

Одним из ваяных преимуществ ЛИТО' перед традиционными средствами измерений является высокая частота съема информации, позволяющая б сочетании с больше.! диапазоном угловых измереки?. получать большие массивы значений уг:.ового положения объекта как функции времени. Это обстоятельство позволяет весьма эффективно использо-Бать ЛИПУ для оценки параметров углового движения объекта, а именно определять спектральный состав колебаний угловой скорости объекта и е применением статистических методов сглазклвания, в частности, метода наименьших квадратоз, проводить оценку средней угловой скорости движения объекта. При этом важным является то, что достаточно большие массивы данных могут быть набраны за сравнительно небольшие времена. При требуемой погрешности оценки угловой скорости 0,001 угл.с/с и погрешности измерения угла порядка нескольких десятых угловой секувды для получения результата достаточно проводить измерения в течение 30-40 с. Это позволило эффективно использовать ЛИПУ для оценки угловой скорости собственного ухода п:ростабилизированных приборов, предназначенных для маложивущих объектов.

Были проведены метрологические исследования ЛИПУ, работают,его в режиме измерения угловой скорости движения объекта, Лсследсвакия проводились посредством сличения с Государственна.! специальны: зта-лоьом угловой скорости в диапазоне 5 10"®...2,5 Ю"4 рад/с. Исследования показали, чте случайная погрешность ЛИПУ составляет

5 угл.с/с, а относительная вел:гсина систематической составляющей погрешности не превышает 0,0:04~

Шестая глава посвящена рассмотрению лазерных гониометрических методов ¿1 средств создания углозахы шкал. При создаем: с помощь® ЛГ прецизионных'угловых акал (рис.1,в) выходной сигнал Кй после соответствует;-.«. преобразований подается на испзль.ч.гльшй орган, наносящий угловую шкалу ка носитель записи.. Такие угловые скалы были успешно реализованы на магнитном носителе и использованы в составе магнитных преобразователей угла, предназначенных для стабилизации скорости еращения ротационных, установок двух Государственных эталонов единицы.ускорения. Исследование созданных угловых шкал

ка магнитных носителях показало, что шаговая погрешность таких акал ке превышает 1,5 угл.с, накопленная погрешность находиться а предэлех 2..,16 угл.с, в дискретность составляет' единицы угловых минут. Такие характеристики угловых шкал далеки от соответствующих параметров КЛ. Сто в значительней мере обусловлена необходимостью преобразования выходного сигнала КЛ при подаче его на исполнительный орган. В то же время структура электромагнитного по ля в резонаторе КЯ представляет собой прецизионную' угловую шкалу , непосредственный перенос которой на носитель записи представляется чрезвычайно перспективным. 3 целях реализации такой процедуры, исключающей промежуточные преобразования, был предложен и разработан интерференционно голографический метод прямого переноса структуры электромагнитного поля з резонаторе IUI на светочувствительный носитель. 3 этом случае свеювыэ пучки на выходе КЛ падают на неподвижный светочувствительный носитель, регистрирующий з динамике интерференционную картину, образованную этими пучками. Рыла создана теория метода, позволившая найти условия синхронизма, определяющие связь мезду радиусом от центра вращения до центра интерференционной картины, углем падения световых пучков на носитель записи и ыасатаСнкм коэффициентом КН. При выполнении этих условий в процессе вращения КЛ интерференционные полосы оказываются неподвижными в системе координат, связанной с основа-кием гониометра. Важной особенностью метода является автоматическая "сшивка" шкалы при условии неизменности масштабного коэффициента КЛ за время ее нанесения. Метод позволяет получать угловые шкалы, практически ке уступающие НД по разрешающей способности и точности.

Выли проведены экспериментальные исследования интерференционного метода создания угловых шкал< Результаты опытов подтвердили теоретические положения, определили такие характеристики метода, как зависимость контрастности зарегистрированной интерференционной картины от радиуса наблюдения, ;лилииэ вращения Земли и сдвига нуля выходной характеристики КЛ и Др, В экспериментах получен фрагмент угловой шкалы. Предложены способы снижения зависимости контрастности интерференционной картины от радиуса наблюдения.

Успаха гониометрических методой создания угловых шал определили поиск путей использования КЛ для изготовления функциональных угловых шкал, в которых угол ненду метками изменяется в эависииос-

ти от их положения на шкале по определенному закону. 3 рас ¡те предложены и исследованы два метода создания функциональных шкал, основанных на особенностях работы КД - чувствительности к абсолютной скорости вращения и внешним магнитным полям. Результаты исследований показали эффективность методов для изготовления функцио-нальньэс шкал двух типов - чисто синусно-косинусных и линейно-гармонических.

В седы-ой главе рассматривается лазерный гониометрический гирокомпас 01ГК). Чувствительность КЯ к скорости его вращения относительно инерциально-;. системы отсчета и, в частности, к скор сти вращения Земли позволяет создать лазерную гониометрическую систему, предназначенную для определения направления истинного меридиана. В данной системе (рис.1,е) в отличие от статических гирокомпасов на лазерных гироскопах непрерывное вращение КЛ создает начальное расщепление частот встречных волн, а измерение центральных углов аттестованной многогранной призш позволяет производить компенсацию "подставки". Такой подход создает возможность использования КЛ в наиболее выгодном для него режиме.

Анализ работы ЛГК показал, что одним из основных источников его погрешности является ошибки измерения угла. При отек случайная составляющая погрешности определения азимута обусловлена в первую очередь флуктуациями параметров ИТ. Систематическая составляющая погрешности может быть вызвана несколькими причинами, среди которых наиболее важными являются: влияние внешнего магнитного поля, детерминированная нестабильность скорости вращения на первой гармонике, линейный дрейф сдвига нуля выходкой характеристики КЯ. Другой источник погрешности связан с динамическим методом измерений. Среди составляющих этой погрешности определения азимута необходимо выделить влияние биений вала привода и нестасильность скорости вращения поворотной платформы (в денном случае влияние со горизонтальной составляющей). В целом анализ показал, что для получения погрешности не хуже одной угл.кин. необходимо иметь относительную нестабильность скорости вращения лучше 1С"биения вала привода на второй гармонике порядка 0,01 угл.с и чувствительность КЛ к внешнему магнитному полю не хуже 0,01 Гц/Э.

Экспериментальные исследования ЛГК показали, что при проведении измерений с использованием трехосного блока КЛ погрешности из-

ксрения угла, обусловленные ошибками нуль-индикации и аттестации многогранной призмы, не сказываются на результате определения истинного мердциана. Результаты экспериментов подтвердили существенное влияние вибраций основания на погрешность ЛГК и корневую зависимость случайной погрешности ЛГК от времени измерения. Экспериментальные исследования продемонстрировали перспективность разработки лазерного гирокомпаса гониометрического типа.

Б заключении сформулированы основные результаты работы.

В Приложении I приведены результаты реализации лазерного гониометра для измерения углового положения поворотного стола (рис. 1,д) в составе дифракционного двухкристального спектрометра. В разработанной система ЛГ контролировал угловое положение кристаллов спектрометра. Погрешность измерений составила 0,05 угл.с.

В Приложении П представлены акты внедрения разработанных в процессе проведения работы систем в различные отрасли народного хозяйства.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Пат.Франции !/> 1511069/ 3,M.Catherin , 5.Dessus.

2. Ьл-narxe t3.M.,fto£aa<l я.л. Gonîo«\3tî.ie рад. ^tQmetxe ¿aSGx/liQude . - l<37l, - v. 50. - P. S69.

3. Бычков С.И., Лукьянов Д.П., Бакаляр А.И. Лазерный гироскоп. -'д.: Сов.радио, 1975.

4. Малахов'A.H. Флуктуации в автоколебательных системах. - . : Наука, ISoS.

5. Волновые флуктуационные процессы в лазерах/С.Г.Зейгер, й.Д.Кли-мактович, П.С.Ланда и др. - М.: Наука, IS74.

6. Ароновиц 5. Лазерные гироскопы//3 кн.: "Применение лазеров". -M.: Мир, 1974.

Результаты, полученные а диссертации, обубликованы в 74 печатных работах, из которых основными являлтея следующие:

1. Лазерные измерительные системы/А.С.Батраков, М.М.Бутусов, Ю.В. Филатов и др.; под ред.Д.П.Лукьянова. - М.: гЬдио и связь,1531.

2. Лукьянов Д.П., Филатов Ю.В., Блантер Б.Э. Ошт и перспективы использования кольцевых лазеров в прецизионных угломерных системах. - Л.: ДДНТЛ, 1960.

3. Блантер Б.Э., Филатов Ю.В. Экспериментальное исследование точности измерительного преобразователя угла на основе кольцевого лазера/Детрология. - 1979. - К I. - С.З.

4. Лукьянов Д.П., Филатов Г.В. Особенности интерференции встречных волн кольцевого лазера в несвязанной с ним системе координат// Оптика-и спектроскопия. - 1983. - Т.54. - К> 6. - С.1033.

б. Кривцов Е.П., Лукьянов Д.П., Филатов Ю.В. Экспериментальное исследование ин:-..\лференции встречных волн кольцевого лазера в несвязанной с ни» системе коордикат//Оптика и спектроскопия, -. 1986. - Т.61. - № I. - С.144.

6. Кривцов Е.П., Лукьянов Д.П., Филатов Ю.В, Кинематический метод . создания голографических преобразователей у г да./'/5 кн.: "Методы

и устройства оптической голографии". - Л.: ЛИй2, 1963.

7. Бородавко К.П., Мелехов П.В., Филатов Ю.В. Исследование угловых уходов стабилизированных объектов с помощь» лазерного гониомет-раУ/Изв.ЛЭЖ. - 1562. - В.307. - С.75.

8. Лукьянов Д.П., Павлов П.А., Филатов Ю.З. Прецизионные системы контроля углового положения объекта. - Л,: ДДНТП, 1934.

9. Применение лаперной гониометрической системы в двухкристадьном

X -спектрометре для измерения фундаментальных физических констант/Д.П.Лукьянов, А.Ф.Мезенцев, Ю.В.Филатов к др.//Мат.3-го Всесоюзного совещания "Кзантоаал метрология к фундаментальные физические константы". - Л.: НПО БНИИМ, 1963.

10. Лукьянов Д.П., Павлоь П.А., Филатов Ю.В. Разработка унифицированного ряда лазерных гониометрических систем для мадшнострое-ния.//Мат .Всесоюзного семинара "Метрология в прецизионном мали-ностроении". - Саратов, 1990.

11. Лукьянов Д.П., Филатов Ю.В., Чиковани Ь.Ь. К оценке точностных характеристик лазерного гониометрического комласа//Изв.ЛЗТИ.

- 1981. - В.289. - С.47.

12. Лукьянов Д.П., Филатов Ю.В., Чиковани В.В. Исследование случайной составляющей погрешности динамического гирокомпаса аналитического типа//Изв.вузов. Приборостроение. - 1985. - Т.26. - У 8.

— С.43. рр

2. («ллатсз Ю.В., Юдин A.M., Корреляционный анализ лазерного гониометра. 4.1 ..//Изв. вузов. Приборостроение. - 1953. - Т.31. -

у з."- с.64.

4. ¿-платов j0.3., Ядеда A.M. Корреляционный анализ лазерного гониометра. Ч.Ео/Улзв.вузов, Приборостроение. - 1933. - Т.31. - "> 6.

- С.7Э.

5. Оилатев Ю.З. Погрешности лазерного гониометра при нестационарных флуктуаииях его г.араметров/'УИзз .вузоз. Приборостроение. -1390. - Т.33. - $ 4. - С.32.

6. Архангельский Б.В., Павлов П.А., Фчлатоз Б.Б. Влияние вибраций основания на погреииость лазерного г:ннометра//:1з.т.Ы Всесоюзной кенсеренпки "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации". - Т.2. - Таллинн, 1957.

7. Бурнашеь М.Н., Филатов Ю.З. О невзаимности встречных волн, обусловленной диафрагмирование?.! в кольцевом газовом лазере на \

= 0,63 мкмУ/Оптика и спектроскопия. - 1973. - Т.Зэ. - ч II.

8. Привалов З.Е., Филатов Ю.З, Исследование выходной характеристики вращающегося кольцевого лазера/УКваитсвая электроника. -1977. - Т.4. - ;,*> 7. - С.1418.

9. Филатов Ю.В. Вопросы точности в лазерной гоннометрии//Мат. Всесоюзного семинара "Метрология в прецизионном машиностроении". -- Саратов, 1090.

'О, Привалов S.S., Филатов Ю.З. Влияние насыщения усиления на затягивание частой генерации линейного и кольцевого лазерзь//Кван-товал электроника. - 1975. - Т.2. - № 7. - С.149?.. :1. Филатов Ю.Б. Об области существования з Не- М а лазерз на Д --= 0,63 мкм/Уг&циотехника и электроника. - 1975. - Т.20. - .V- 5.

- P.I74Ö.

2. Дорофеев К.А., Соколов В.А., Филатов Ю.З. и др. Двухмодовый ре-уим генерации в кольцевом газовом лазерз с большим повышением усиления над потерямиУУОптика и спектроскопия. - 1959. - Т.С7.

- 3.5. '- C.II90.

:3. Бурнашев '¿.И., Филатов Ю.З. Зависимость частотной характеристики кольцевого газового лазера от превышения усиления над аоте-рями/Л'.урнал техн.физики. - 1373. - Т.43. - С.23С4. .4. Привалов Б.Е., Филатов Ю.З. влияние изменения медового состава излучения на частотную характеристику кольцевого газового лазе-ра/У1урнал техн.физики. - 1976. - Т.4а. - И- 9. - C.ISoB.

- 29 -

25. Кривцов Е.П., С-илатов Ю.В. Исследование погрешности пр~образо вателя угла на основе кольцевого лазера//Мат.2-й Всесоюзной к ференции "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации". - Л., 1984.

26. Кривцов Е.П., Павлов П.А, Филатов Ю.В. к др. Экспериментальное исследование интерференциошогз нуль-индикатора углового положения объекта.//Измерительная техника, - 19о5. - 4. -

п У -

о.Хх .

27. Кривцов Е.П., Филатов '".В. Исследование погрешности воспроизведения единицы ыоского угла- кольцевым лазером//Измеритслы;а техника. - 1969. - !? 12. - С.II.

28. Исследование методов воспроизведения и передач:; единицы плоского угла с помощью кольцевого лазера/Е.П.Кривцов, Д.П.Лукьянов, Ю.В .Филатов' и др„/Аат.2-го Всесоюзного совещания "Квантовая метрология и фундаментальные физические константы''. -Л.: 1956.

29. Состояние и перспективы создания средств переда-и размера еди ницы плоского угла, углевой скорости и ускорения на основе кольцевых лазеров/Б.3.Блантер, Е.П.Кривцов, Й.Ь.Филатов и др. //Измерительная техника. - 1931. - 7. - С.27.

30. Исследование точностных характеристик аьтоколдимзционного кул индикатора с псевдошумовсй маскои/Е.П.Евстафьев, Д.П.Лукьянов 2.й.'Филатов и др.//В кн.: "Методы и устройства оптической голографии". - Л.: ЛИ®, 1963.

31. Филатов Х1.В. Анализ работы интерференционного углового нуль-индикат-ора//Оптлкс-мзханическая промыпл. - 1989. - 4. - С,]

32. Кризцов Е.О., Павлов П.А,, Филатов Ю.Ь. и др. Экспериментальное исследование интерференционного нуль-индикатора углового положения объекта//йзморительная техника. - 1963. - .¥> 4. - С.

33. Филатов Ю.В. Исследование точностных характеристик лазерного гонкометра/ДМат.Ш Всесоюзной конференции "Применение лазеров технологии и системах обработки и передачи информации". Т.2. - Таллинн, 1987.

34. Филатов Ю.В. Исследование погрешности лазерного измерителя у: лового положения объекта//Изв.1ЭТИ. - 1933. - В.400. - 0.56.

35. Кривцов Е.П., Пазлов П.А., Филатов Ю.В. и др. Исследование бс контактного лазерного измерителя//Мат.Ш Всесоюзн.конференции "Применение лазеров з технологии и системах передачи и обраб; ки информации". - Т.2. - Таллинн, 1987.

3. Лукьянов Д.П., Филатов З.В. Исследование интерференции выходных лучей кольцевого лазера в посвязанней с ним системе коор-динат//''оТ,1 Всесоюзной конференции "Применение лазеров з науке и технике". - П., 1531.

■7. Кривцов Е.Л., Филатов 3.3. Исследование динамического метода создания угловых шкал//Изз.ЛЭТИ. -'1965. - Б.352. - С.72.

•3. Влангер Б.?., Кривцов З.П., Филатов ЭЗ. : др. Примонс.-гно кольцевых лазеров для нанесения и позерки угловых :лкал//Мат.I Всесоюзной конференции "Применение лазеров в науке и тг. >дш;-:е''". -

- л., :s)äi.'

;9. Елантор В.ЭКриэцоз E.II., Зилатоз S.S. и др. Повышение точности функциональных преобразователей угла в системах воспроизведения параметров дзижения//Изыерительная техника. - I9S2. -' 6. - С.52.

.0. Филатов Ю.В., Чиковани з.а. злиякиз дрейфа лазерного гироскопа на погрешность гониометрического гирексмласа//ИзЗсЛЗТИ. - 1957,

- 2.267. - C.O'J.

.1. A.c. « 9IS765 СССР. JCSI 5- 0Ы1/2о. Устройство для разметки угловых шкал/Д. II .Лукьянов, П.З..Мелехов, ¿0.3,Филатов и др.

:2. A.c. £ I479S25 СССР. J2K G0bII/2o. Лазерный измеритель углового положения сбъекта/П.А.Павлов, Ю.В.Филатов, A.Ii.един.

:3. A.c. .V' 70оо94 СССР. KKi GOIsII/25. Фотоэлектрический автеколли-матор. Д.П.лукьянов, А.ЗЗ'очалсв, Ю.£.Филатов.

.4. A.c. 1024920 СССР. ИИ GjIbII/23. Сотоолектрический автокол-л има т с р/Е ,Н .Евстафьев, Д. П. Лу к ь ян о з, Л. Ф. ¿и л а т о в.

=5. A.c. » 739333 СССР. МНИ GOIbII/26. Фотоэлектрический азтоколли-матор/А.Н.Ванарихин, 10.П. Ларионов, 10.3.'Липатов и др.

6. A.c. 15Ы992 СССР. -Viril GjIbII/25. Датчик углового положения обьекта/Д.П.Лукьянов, П.А.Павлов, П.В.Филатов и др.

l7. A.c. 9-19922 СССР. Ш 323x20/00. Устройство для изготовления шкал лазерным лучом/0.Б.Вагнер, А.И.Зйнкрихнк, П.В.Филатов и др.

■S. A.c. I20B-&O СССР. ЖИ 323x26/00. Устройство для лазерной об-рчботки/Н .П.Крившов, Д.П.Лукьянов, 10.В .i-илатов .

¿9. A.c. 300022 СССР. OOIsII/OO. Устройство для разметки угловых шкал/В,О.Влантср, Д. Л.Лукь.тнов, П.В.Филатов и др.

:0. A.c. If I2ÖI193 СССР, Ж! GGinll'/OO. Ус-гр:2ст=о для л-.верной р. метки угловых шкал/Е,П.Кривцов, Д.-П.Лукьянов, .0.Ъ.'Пилатов.

51. A.c. )." 107-2741 СССР. МКЙ 001з11/2с. Фотоэлектрически автокод-лиматор для фиксации углового положения объекта/Д.П.Лукьянов» П.В.Мелехов, Ю.В.Филатов идо.

52. A.c. J,' II95I83 СССР. Ш G0IbII/2u. £отоэлектрическиХ автоколлиматор для фиксации углового положения объекта/д.П.Лукьянов, П.В.Мелехов, Ю.В .Филатов и др.

53. A.c. fr 894364 СССР. МКИ 001д13/02, Устройство для нанесения шкал/В.г.Ерьтков, Д.П.Лукьянов, Ю.З.Филатов и др.

Подписано к печати 3C.0I.S2 г. Объем 2 п.л.

Заказ 50 ' Тираж 120 экз. Бесплатно.

Ротапринт. 11ТГ/.0. I9G0C0, С.-Петербург, пер.Гривцова,14