RU2764704C1 - Fibre-optic gyroscope - Google Patents
Fibre-optic gyroscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2764704C1 RU2764704C1 RU2020135624A RU2020135624A RU2764704C1 RU 2764704 C1 RU2764704 C1 RU 2764704C1 RU 2020135624 A RU2020135624 A RU 2020135624A RU 2020135624 A RU2020135624 A RU 2020135624A RU 2764704 C1 RU2764704 C1 RU 2764704C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- polarizer
- coupler
- length
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
- G01C19/721—Details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к технике разработки оптических гироскопов, основанных на использовании эффекта Саньяка, и может быть применено при изготовлении волоконно-оптических гироскопов (ВОГ).The present invention relates to the development of optical gyroscopes based on the use of the Sagnac effect, and can be applied in the manufacture of fiber optic gyroscopes (FOG).
Известен ВОГ [см., например, "Optics Letters", Vol. 8 (10), р.р. 540-542, 1983, "Fiber-optic gyroscope with polarization-holding fiber"], содержащий последовательно расположенные и соединенные оптическим волокном: излучающий и фотоприемный модули, первый ответвитель, поляризатор, второй ответвитель, волоконный контур и фазовый модулятор, выполненный в виде пьезокерамического элемента с зафиксированным на его поверхности отрезком оптического волокна, при этом все оптические элементы гироскопа изготавливают на основе одномодового двулучепреломляющего оптического волокна.Known VOG [see, for example, "Optics Letters", Vol. 8 (10), s.r. 540-542, 1983, "Fiber-optic gyroscope with polarization-holding fiber"], containing in series and connected by optical fiber: emitting and photoreceiving modules, the first coupler, polarizer, second coupler, fiber circuit and phase modulator, made in the form of a piezoceramic an element with a piece of optical fiber fixed on its surface, while all the optical elements of the gyroscope are made on the basis of a single-mode birefringent optical fiber.
Такое устройство отличает сравнительно небольшой сдвиг и дрейф нулевого сигнала за счет использования поляризационно-устойчивого волокна и применения пространственно-поляризационной фильтрации на входе-выходе волоконного контура. Кроме того, в данном устройстве использована модуляционная методика, позволяющая существенно снизить влияние шумов на точность измерений ВОГ. При этом модуляцию разности фаз встречных волн, распространяющихся во встречных направлениях по волоконному контуру, осуществляют за счет периодического растяжения небольшого участка волоконного контура, намотанного на пьезокерамический цилиндр, а выходной сигнал гироскопа формируют путем детектирования первой гармоники частоты фазовой модуляции в сигнале фотоприемного модуля.Such a device features a relatively small shift and drift of the zero signal due to the use of a polarization-resistant fiber and the use of spatial polarization filtering at the input-output of the fiber circuit. In addition, this device uses a modulation technique that can significantly reduce the effect of noise on the accuracy of FOG measurements. In this case, the modulation of the phase difference of counterpropagating waves propagating in opposite directions along the fiber circuit is carried out by periodically stretching a small section of the fiber circuit wound on a piezoceramic cylinder, and the output signal of the gyroscope is formed by detecting the first harmonic of the phase modulation frequency in the signal of the photodetector module.
Однако при возбуждении пьезокерамического модулятора периодическим сигналом на выходе фотоприемного устройства появляется компонента на частоте модуляции, сдвинутая по фазе на 90° по отношению к полезному сигналу (сигналу вращения).However, when the piezoceramic modulator is excited by a periodic signal, a component appears at the output of the photodetector at the modulation frequency, shifted in phase by 90° with respect to the useful signal (rotation signal).
Источником возникновения этой компоненты (квадратурного сигнала) является модуляция двулучепреломления волокна, намотанного на пьезокерамический цилиндр, при его растяжении, а также связь между поляризационными модами волокна на его неоднородностях. Модуляция двулучепреломления волокна приводит к модуляции интенсивности излучения после прохождения поляризатора. Глубина модуляции интенсивности зависит от ориентации поляризатора по отношению к осям двулучепреломления волокна. После синхронного детектирования квадратурный сигнал подавляется, но не полностью, что приводит к появлению сдвига нуля ВОГ.The source of this component (quadrature signal) is the modulation of the birefringence of a fiber wound on a piezoceramic cylinder during its stretching, as well as the connection between the polarization modes of the fiber at its inhomogeneities. Modulation of the fiber birefringence leads to modulation of the radiation intensity after passing through the polarizer. The intensity modulation depth depends on the orientation of the polarizer with respect to the fiber birefringence axes. After synchronous detection, the quadrature signal is suppressed, but not completely, which leads to the appearance of a FOG zero shift.
Известен волоконно-оптический гироскоп [патент РФ №2139499 с приоритетом от 05.03.1998 г., МПК: G01C 19/72], включающий последовательно расположенные и соединенные двулучепреломляющим оптическим волокном: излучающий и фотоприемный модули, первый ответвитель, поляризатор, второй ответвитель, волоконный контур и фазовый модулятор, выполненный в виде пьезокерамического элемента с зафиксированным на его поверхности отрезком оптического волокна, при этом на поверхности пьезокерамического элемента также уложены и зафиксированы два параллельных волокна одинаковой длины, являющиеся входным и выходным отрезками петли волокна, не зафиксированной на поверхности пьезокерамического элемента, а, кроме того, в состав гироскопа введены два преобразователя (конвертера) одной поляризационной моды волокна в другую, выполненные в виде скрученных и зафиксированных утонченных участков волокна, причем один преобразователь расположен в волоконном контуре, а другой - в свободной петле фазового модулятора.Known fiber-optic gyroscope [RF patent No. 2139499 with priority dated 05.03.1998, IPC: G01C 19/72], including serially located and connected by a birefringent optical fiber: emitting and photoreceiving modules, the first coupler, polarizer, second coupler, fiber a circuit and a phase modulator made in the form of a piezoceramic element with a piece of optical fiber fixed on its surface, while two parallel fibers of the same length are also laid and fixed on the surface of the piezoceramic element, which are the input and output segments of the fiber loop not fixed on the surface of the piezoceramic element, and, in addition, two converters (converters) of one polarization mode of the fiber to another are introduced into the gyroscope, made in the form of twisted and fixed thin sections of the fiber, with one converter located in the fiber circuit, and the other in the free loop of the phase modulator.
Данное устройство отличает уменьшение по сравнению с другими известными ВОГ величин сдвига и дрейфа нуля, связанное с тем, что при выполнении модулятора в виде двух синхронно растягиваемых отрезков волокна одинаковой длины (бифилярная намотка), между которыми установлен преобразователь одной поляризационной моды волокна в другую, устраняют модуляцию двулучепреломления волокна в модуляторе, что приводит к существенному уменьшению квадратурного сигнала Q и соответствующей компоненты сдвига нуля ВОГ. При этом второй преобразователь мод волокна, расположенный в волоконном контуре, позволяет восстановить уровень интерференционного (полезного) сигнала, существенно уменьшаемый при использовании преобразователя мод волокна в составе фазового модулятора.This device is distinguished by a decrease in the values of shift and zero drift compared to other known FOGs, due to the fact that when the modulator is made in the form of two synchronously stretched fiber segments of the same length (bifilar winding), between which a converter of one polarization mode of the fiber to another is installed, the modulation of fiber birefringence in the modulator, which leads to a significant decrease in the quadrature signal Q and the corresponding component of the FOG zero shift. In this case, the second fiber mode converter, located in the fiber circuit, allows you to restore the level of the interference (useful) signal, which is significantly reduced when using the fiber mode converter as part of the phase modulator.
Однако в производстве процент выхода таких ВОГ, годных по критерию начального сдвига и его стабильности снижен из-за технологического разброса параметров гироскопа.However, in production, the percentage of output of such FOGs that are suitable according to the criterion of the initial shift and its stability is reduced due to the technological spread of the gyroscope parameters.
Наиболее близким, выбранным в качестве прототипа, является волоконно-оптический гироскоп по патенту РФ №126452 (ПМ), 2012 г., автор В.Н. Логозинский; опубликовано 27.03.2013 г., Бюл. №9.The closest, selected as a prototype, is a fiber-optic gyroscope according to RF patent No. 126452 (PM), 2012, author V.N. Logozinsky; published on March 27, 2013, Bull. No. 9.
В известном волоконно-оптическом гироскопе (ВОГ), содержащем многовитковый замкнутый контур из оптического волокна (далее волоконный контур) в виде одномодового двулучепреломляющего световода, излучатель и фотоприемник, два ответвителя, поляризатор, фазовый модулятор и фазовый детектор, а также усилитель, фильтр и генератор, причем излучатель оптическим выходом через первый ответвитель соединен с первым оптическим входом-выходом поляризатора, своим вторым оптическим входом-выходом через второй ответвитель подключенного к первому соответствующему входу-выходу волоконного контура, а также соединенного через фазовый модулятор с этим ответвителем своим вторым оптическим входом-выходом, при этом первый ответвитель подключен также к оптическому входу фотоприемника, электрическим выходом через последовательно соединенные усилитель и фильтр подключенного к первому входу фазового детектора, выход которого является также выходом ВОГ, а вторым входом соединенного с выходом генератора, одновременно подключенного к электрическому входу фазового модулятора, причем излучатель и фотоприемник соединены с первым ответвителем отрезками двулучепреломляющего оптического волокна (одномодового двулучепреломляющего световода) и с помощью отрезков такого волокна подключены к поляризатору также первый и второй ответвители, при этом волоконный контур, ответвители, поляризатор и фазовый модулятор выполнены на одном отрезке волокна без стыков, причем величины длин отрезков, соединяющих поляризатор с ответвителями, выполнены отличающимися в три раза, при этом длина меньшего из этих отрезков превышает длину деполяризации волокна, но в девять раз меньше длины отрезка волокна, соединяющего излучатель с первым ответвителем.In a well-known fiber-optic gyroscope (FOG), containing a multi-turn closed loop of optical fiber (hereinafter fiber loop) in the form of a single-mode birefringent light guide, an emitter and a photodetector, two couplers, a polarizer, a phase modulator and a phase detector, as well as an amplifier, a filter and an oscillator , moreover, the emitter is connected by optical output through the first coupler to the first optical input-output of the polarizer, its second optical input-output through the second coupler of the fiber circuit connected to the first corresponding input-output, and also connected through the phase modulator to this coupler by its second optical input - output, while the first coupler is also connected to the optical input of the photodetector, the electrical output through the series-connected amplifier and filter of the phase detector connected to the first input, the output of which is also the output of the FOG, and the second input of the generator connected to the output, at the same time about the phase modulator connected to the electrical input, moreover, the emitter and the photodetector are connected to the first coupler by segments of a birefringent optical fiber (single-mode birefringent optical fiber) and using segments of such fiber, the first and second couplers are also connected to the polarizer, while the fiber circuit, couplers, polarizer and phase the modulator is made on one segment of the fiber without joints, and the lengths of the segments connecting the polarizer with the couplers are three times different, while the length of the smaller of these segments exceeds the length of the fiber depolarization, but nine times less than the length of the fiber segment connecting the emitter with the first coupler.
При этом длина отрезка, соединяющего поляризатор с первым ответвителем может быть или больше, или меньше длины отрезка, соединяющего поляризатор со вторым ответвителем.In this case, the length of the segment connecting the polarizer with the first coupler can be either greater or less than the length of the segment connecting the polarizer with the second coupler.
Одним из недостатков указанной конструкции волоконно-оптического гироскопа является недостаточная чувствительность ВОГ, в первую очередь миниатюрных ВОГ, особенно при малых входных угловых скоростях, обусловленная нефарадеевской невзаимностью.One of the disadvantages of this design of a fiber-optic gyroscope is the insufficient sensitivity of FOGs, primarily miniature FOGs, especially at low input angular velocities, due to non-Faraday nonreciprocity.
Отметим, что нефарадеевская невзаимность пропорциональна количеству витков волокна, она не зависит от размера и формы контура. Последнее следует из того, что приращение длины траектории из-за смещения моды определяется только углом поворота ее нормали. При обходе витка этот угол равен 2π при любой форме контура.Note that the non-Faraday nonreciprocity is proportional to the number of fiber turns and does not depend on the size and shape of the loop. The latter follows from the fact that the increment in the trajectory length due to the mode shift is determined only by the angle of rotation of its normal. When going around the coil, this angle is 2π for any shape of the contour.
В отличии от фарадеевской невзаимности, которая может быть существенно уменьшена настройкой оптических компонентов, нефарадеевская невзаимность определяется исключительно конструктивным параметром.Unlike Faraday non-reciprocity, which can be significantly reduced by tuning the optical components, non-Faraday non-reciprocity is determined solely by a design parameter.
Если в ВОГ использовать контур с двумя противоположно ориенированными катушками разного диаметра, но с равным количеством витков, то в принципе можно, сохранив отклик на вращение, скомпенсировать и нефарадеевскую невзаимность. Однако такое техническое решение неприемлемо для миниатюрных ВОГ. Таким образом, можно считать нефарадеевский отклик принципиально неустранимым и определяющим предельную устойчивость ВОГ к магнитному полю [см. В.Н. Логозинский. Магнитоиндуцированная нефарадеевская невзаимность в волоконно-оптическом гироскопе. 2006 г.; "Радиотехника и электроника", 2006, том 51, №7, с. 890-894].If a circuit with two oppositely oriented coils of different diameters, but with an equal number of turns, is used in the FOG, then in principle it is possible, while maintaining the response to rotation, to compensate for the non-Faraday nonreciprocity. However, this technical solution is unacceptable for miniature FOGs. Thus, the non-Faraday response can be considered fundamentally irremovable and determines the limiting resistance of the FOG to a magnetic field [see. V.N. Logozinsky. Magnetically induced non-Faraday nonreciprocity in a fiber-optic gyroscope. 2006; "Radio Engineering and Electronics", 2006, Volume 51, No. 7, p. 890-894].
Задача предлагаемого изобретения - повышение точности ВОГ путем снижения влияния нефарадеевской невзаимности, которая представляет собой боковой сдвиг моды волокна в поперечном магнитном поле, пропорциональный величине магнитного поля и зависящий от направления распространения, но не зависящий от параметров волновода и излучения; причем в изогнутом волокне вызванное им расщепление траекторий встречных волн приводит к фазовой невзаимности, не зависящей от формы и размеров контура.The objective of the present invention is to improve the accuracy of the FOG by reducing the influence of non-Faraday nonreciprocity, which is a lateral shift of the fiber mode in a transverse magnetic field, proportional to the magnitude of the magnetic field and depending on the direction of propagation, but independent of the parameters of the waveguide and radiation; moreover, in a bent fiber, the splitting of the trajectories of counterpropagating waves caused by it leads to phase nonreciprocity, which does not depend on the shape and dimensions of the contour.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в обеспечении возможности повышения чувствительности ВОГ, в первую очередь миниатюрных ВОГ, особенно при малых входных угловых скоростях, обусловленной нефарадеевской невзаимностью.The technical result of using the proposed invention is to provide the possibility of increasing the sensitivity of FOGs, primarily miniature FOGs, especially at low input angular velocities due to non-Faraday nonreciprocity.
Указанная задача решается тем, что волоконно-оптический гироскоп (ВОГ), содержащий многовитковый замкнутый контур из оптического волокна (далее волоконный контур) в виде одномодового двулучепреломляющего световода, излучатель и фотоприемник, два ответвителя, поляризатор, фазовый модулятор и фазовый детектор, а также усилитель, фильтр и генератор, причем излучатель оптическим выходом через первый ответвитель соединен с первым оптическим входом-выходом поляризатора, своим вторым оптическим входом-выходом через второй ответвитель подключенного к первому соответствующему входу-выходу волоконного контура, а также соединенного через фазовый модулятор с этим ответвителем своим вторым оптическим входом-выходом, при этом первый ответвитель подключен также к оптическому входу фотоприемника, электрическим выходом через последовательно соединенные усилитель и фильтр подключенного к первому входу фазового детектора, выход которого является также выходом ВОГ, а вторым входом соединенного с выходом генератора, одновременно подключенного к электрическому входу фазового модулятора, причем излучатель и фотоприемник соединены с первым ответвителем отрезками двулучепреломляющего оптического волокна (одномодового двулучепреломляющего световода) и с помощью отрезков такого волокна подключены к поляризатору также первый и второй ответвители, при этом волоконный контур, ответвители, поляризатор и фазовый модулятор выполнены на одном отрезке волокна без стыков, причем величины длин отрезков, соединяющих поляризатор с ответвителями, выполнены отличающимися в три раза, при этом длина меньшего из этих отрезков превышает длину деполяризации волокна, но в девять раз меньше длины отрезка волокна, соединяющего излучающий модуль с первым ответвителем, при этом длина отрезка, соединяющего поляризатор с первым ответвителем, больше длины отрезка, соединяющего поляризатор со вторым ответвителем и длина отрезка, соединяющего поляризатор со вторым ответвителем, больше длины отрезка, соединяющего поляризатор с первым ответвителем, а волоконный контур выполнен в виде контура оптического волокна, намотанного на каркас, представляющий собой одностороннюю поверхность, например ленту Мебиуса.This problem is solved by the fact that a fiber-optic gyroscope (FOG) containing a multi-turn closed loop of optical fiber (hereinafter fiber loop) in the form of a single-mode birefringent light guide, an emitter and a photodetector, two couplers, a polarizer, a phase modulator and a phase detector, as well as an amplifier , a filter and a generator, and the emitter is connected by an optical output through the first coupler to the first optical input-output of the polarizer, its second optical input-output through the second coupler connected to the first corresponding input-output of the fiber circuit, and also connected through a phase modulator to this coupler with its own the second optical input-output, while the first coupler is also connected to the optical input of the photodetector, the electrical output through the series-connected amplifier and filter of the phase detector connected to the first input, the output of which is also the FOG output, and the second input connected to the output r generator, simultaneously connected to the electrical input of the phase modulator, wherein the emitter and photodetector are connected to the first coupler by segments of a birefringent optical fiber (single-mode birefringent optical fiber) and the first and second couplers are also connected to the polarizer using segments of such fiber, while the fiber circuit, couplers, polarizer and the phase modulator are made on one segment of the fiber without joints, and the lengths of the segments connecting the polarizer with the couplers are three times different, while the length of the smaller of these segments exceeds the length of the fiber depolarization, but nine times less than the length of the fiber segment connecting the radiating module with the first coupler, wherein the length of the segment connecting the polarizer with the first coupler is greater than the length of the segment connecting the polarizer with the second coupler and the length of the segment connecting the polarizer with the second coupler is greater than the length of the segment connecting the polarizer torus with the first coupler, and the fiber circuit is made in the form of an optical fiber circuit wound on a frame, which is a one-sided surface, such as a Mobius strip.
На фиг. 1 приведена схема волоконно-оптического гироскопа, в которой цифрами обозначено: 1 - излучатель; 2 -1-й ответвитель; 3 - поляризатор; 4 - 2-й ответвитель; 5 - волоконный контур; 6 - фазовый модулятор; 7 - фотоприемник; 8 - заглушки (концы волокна с малым обратным отражением); 9 - усилитель; 10 - фильтр; 11 - фазовый детектор; 12 -генератор.In FIG. 1 shows a diagram of a fiber-optic gyroscope, in which the numbers indicate: 1 - emitter; 2 - 1st coupler; 3 - polarizer; 4 - 2nd coupler; 5 - fiber circuit; 6 - phase modulator; 7 - photodetector; 8 - plugs (fiber ends with low back reflection); 9 - amplifier; 10 - filter; 11 - phase detector; 12 - generator.
Кроме того, на фиг. 1 обозначениями a1, …, а7 показаны места разворотов осей двулучепреломления волокна, представляющие собой места локализации "дефектов" цельноволоконного ВОГ, а буквами X, Y, Z обозначены величины длины соответствующих отрезков волокна.In addition, in FIG. 1, symbols a1, ..., a7 show the places of reversals of the axes of birefringence of the fiber, which are the places of localization of "defects" of the all-fiber FOG, and the letters X, Y, Z indicate the lengths of the corresponding fiber segments.
Излучатель 1 выполнен на основе полупроводникового суперлюминесцентного диода СЛД-830, а фотоприемник 7 - на основе кремниевого фотодиода SSO-PDQ-0.25-5SMD.The
Оптические элементы ВОГ изготавливались из одномодового двулучепреломляющего кварцевого волокна с длиной поляризационных биений ~ 3 (мм). Волоконный контур 5 выполнен в виде контура оптического волокна, намотанного на каркас, представляющий собой одностороннюю поверхность, например, ленту Мебиуса. Длина волоконного контура 5 ВОГ составила 100 (м), диаметр катушки (на фиг. не пронумерована) волоконного контура 5 равен 70 (мм).The optical elements of the FOG were made from a single-mode birefringent quartz fiber with a polarization beat length of ~3 (mm). The
Фазовый модулятор 6 выполнен [см., например, патент РФ №2139499 с приоритетом от 05.03.1998 г. МПК: G01C 19/72] с пьезокерамическим цилиндром (на фиг. не пронумерован) диаметром 15 (мм) из материала ЦТС-19.The phase modulator 6 is made [see, for example, RF patent No. 2139499 with priority dated 05.03.1998, IPC: G01C 19/72] with a piezoceramic cylinder (not numbered in Fig.) with a diameter of 15 (mm) from the TsTS-19 material.
Поляризатор 3 изготовлен на основе двулучепреломляющего монокристалла, выращенного вокруг утонченного отрезка (перетяжки) волокна.Polarizer 3 is made on the basis of a birefringent single crystal grown around a thin section (waist) of the fiber.
Ответвители (2 и 4) получены путем вытяжки соприкасающихся волокон при их локальном тепловом размягчении в дуговом разряде.The couplers (2 and 4) are obtained by drawing the contacting fibers during their local thermal softening in an arc discharge.
Для формирования выходного сигнала гироскопа, пропорционального скорости вращения волоконного контура путем детектирования первой гармоники частоты модуляции в выходном сигнале фотоприемника использовались стандартные устройства, а именно: широкополосный усилитель 9, узкополосный фильтр 10, фазовый детектор 11 и генератор 12. Генератор 12 вырабатывает синусоидальное напряжение для питания фазового модулятора 6, которое использовано в качестве опорного напряжения в фазовом детекторе 11 для детектирования амплитуды первой гармоники частоты модуляции в выходном сигнале фотоприемника 7 и формирования выходного сигнала ВОГ.To form the output signal of the gyroscope, which is proportional to the speed of rotation of the fiber circuit by detecting the first harmonic of the modulation frequency in the output signal of the photodetector, standard devices were used, namely:
При этом соответственно использованы стандартные детектор SR830 и генератор Г3-118.In this case, the standard SR830 detector and the G3-118 generator were used, respectively.
При синусоидальной модуляции сдвига фаз встречных волн волоконного контура в сигнале фотоприемника 7 возникает большая компонента на второй гармонике частоты модуляции, которая существенно затрудняет детектирование сигнала вращения - амплитуду первой гармоники частоты модуляции и для подавления которой установлен узкополосный фильтр 10.With sinusoidal modulation of the phase shift of the counterpropagating waves of the fiber circuit, a large component appears at the second harmonic of the modulation frequency in the signal of the
Сигнал фотоприемника 7 перед подачей на вход детектора 11 усиливается с помощью широкополосного усилителя 9, изготовленного по стандартной схеме [см., например, И. Достал, "Операционные усилители", пер. с англ. - Москва: Мир, 1982. - 512 с.] на основе микросхемы 544УД2.The signal of the
Рассмотрим цельноволоконный ВОГ, компоненты которого (волоконный контур 5, фазовый модулятор 6, два ответвителя (соответственно 2 и 4) и поляризатор 3) изготовлены на одном отрезке двулучепреломляющего волокна (на фиг. не пронумеровано). Введем следующие определения:Let us consider an all-fiber FOG, the components of which (
- рабочая (главная) поляризация - линейная поляризация волны, проходящей поляризатор без ослабления;- working (main) polarization - linear polarization of the wave passing through the polarizer without attenuation;
- нерабочая поляризация - ортогональная основной поляризации волны, которая испытывает значительные потери (подавление) при прохождении поляризатора 3;- non-working polarization - orthogonal to the main polarization of the wave, which experiences significant losses (suppression) when passing through
собственные поляризации двулучепреломляющего волокна ортогональные линейные поляризации волн, распространяющихся в волокне с сохранением линейного состояния, а различие скоростей (c/n1-с/n2) определяется величиной двулучепреломления (n1-n2), где п1,2-показатели преломления волокна для волн с собственными поляризациями;eigenpolarizations of a birefringent fiber are orthogonal linear polarizations of waves propagating in a fiber with the preservation of a linear state, and the difference in velocities (c / n1-c / n2) is determined by the birefringence value (n1-n2), where n1,2 are the refractive indices of the fiber for waves with their own polarizations;
- основные волны - встречные волны, вошедшие в волоконный контур 5 в рабочей поляризации и вышедшие после его обхода в рабочей поляризации;- main waves - counter waves that entered the
- вторичные волны - встречные волны, вошедшие в волоконный конур 5 в рабочей поляризации и вышедшие после его обхода в нерабочей поляризации, а также волны, вошедшие в волоконный контур 5 в нерабочей поляризации и вышедшие после его обхода в рабочей поляризации.- secondary waves - counter-propagating waves that entered the
В каждом сечении волокна встречные волны распространяются в обеих собственных поляризациях и являются суперпозицией основных и вторичных волн.In each section of the fiber, counterpropagating waves propagate in both natural polarizations and are a superposition of the main and secondary waves.
Сдвиг нуля ВОГ возникает при интерференции основных и вторичных волн, в то время как сигнал вращения формируется при интерференции основных волн. Для анализа интерференции вторичных и основных волн необходимо учесть все комбинации оптических путей для основных и вторичных волн (каждый отрезок двулучепреломляющего волокна длиной L содержит два оптических пути L*n1 и L*n2 различных для волн с собственными поляризациями). Волна может сменить оптический путь на дефекте или любом компоненте, который связывает собственные поляризации волокна. В цельноволоконном ВОГ нет крупных дефектов вдоль длины волокна в контуре и между компонентами, поскольку сварные соединения компонентов с волокном и между собой отсутствуют. Поэтому местами связи являются компоненты, где имеет место разворот осей двулучепреломления волокна.The FOG zero shift occurs due to the interference of the main and secondary waves, while the rotation signal is formed due to the interference of the main waves. To analyze the interference of secondary and fundamental waves, it is necessary to take into account all combinations of optical paths for fundamental and secondary waves (each segment of a birefringent fiber of length L contains two optical paths L * n1 and L * n2 different for waves with natural polarizations). The wave can change the optical path at a defect or any component that couples the fiber's own polarizations. All-fiber FOG does not have large defects along the length of the fiber in the loop and between the components, since there are no welded joints between the components with the fiber and between themselves. Therefore, the coupling sites are the components where the birefringence axes of the fiber are rotated.
Для рассматриваемой конфигурации ВОГ (фиг. 1) - это:For the FOG configuration under consideration (Fig. 1) is:
- излучатель 1 (главная поляризация СЛД не совпадает с осью двулучепреломления);- emitter 1 (principal polarization of the SLD does not coincide with the birefringence axis);
ответвитель (соответственно 2 и 4) (скрутка волокна и непараллельность осей двулучепреломления волокон, анизотропия коэффициента деления);coupler (respectively 2 and 4) (twisting of the fiber and non-parallelism of the axes of birefringence of the fibers, anisotropy of the fission factor);
- поляризатор 3 (несовпадение рабочей поляризации поляризатора и собственной поляризации волокна);- polarizer 3 (discrepancy between the working polarization of the polarizer and the intrinsic polarization of the fiber);
- места (a1, …, а7) разворотов осей двулучепреломления волокна.- places (a1, ..., a7) of turns of the fiber birefringence axes.
Одной из характеристик когерентного излучения, распространяющегося в двулучепреломляющем волокне, является так называемая "длина деполяризации". Это длина, на которой временное запаздывание волн с собственными поляризациями, превышает время когерентности источника излучения. После прохождения в волокне расстояния, превышающего длину деполяризации, изначально когерентные ортогонально поляризованные волны, становятся некогерентными. Некогерентные волны не интерферируют друг с другом ввиду хаотично меняющейся относительной фазы. Для расчета длины деполяризации (Lo) используют [см., например, "Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников". Под ред. Э. Удда, Москва: Техносфера, 2008. - 520 с.; Дополнение А, с. 476 (500)] соотношение: LD=0,5LBλ/Δλ, где: LB - длина поляризационных биений (параметр, характеризующий величину двулучепреломления), λ - длина волны источника излучения, Δλ - ширина спектра излучения. (При этом если, например, длина волны источника излучения - 800 (нм), ширина спектра излучения - 15 (нм), а длина биений волокна - 3 (мм) - (средние практические параметры), то длина деполяризации равна 8 (см)).One of the characteristics of coherent radiation propagating in a birefringent fiber is the so-called "depolarization length". This is the length at which the time delay of waves with eigenpolarizations exceeds the coherence time of the radiation source. After passing in the fiber a distance exceeding the depolarization length, initially coherent orthogonally polarized waves become incoherent. Incoherent waves do not interfere with each other due to the randomly changing relative phase. To calculate the length of depolarization (Lo) use [see, for example, "Fiber-optic sensors. Introductory course for engineers and scientists". Ed. E. Udda, Moscow: Technosphere, 2008. - 520 p.; Appendix A, p. 476 (500)] ratio: L D =0.5L B λ/Δλ, where: L B is the length of polarization beats (a parameter characterizing the magnitude of birefringence), λ is the wavelength of the radiation source, Δλ is the width of the radiation spectrum. (In this case, if, for example, the wavelength of the radiation source is 800 (nm), the width of the radiation spectrum is 15 (nm), and the length of the fiber beats is 3 (mm) - (average practical parameters), then the depolarization length is 8 (cm) ).
Принципиальной причиной сдвига и нестабильности нуля ВОГ является конечное подавление поляризатором неосновной (нерабочей) поляризации (амплитудный коэффициент пропускания волны с нерабочей поляризацией - ε, -20log(ε) = коэффициент экстинкции поляризатора в дБ, то - есть поляризатору с практически достижимой экстинкцией 40 дБ соответствует ε=0.01). Волны, прошедшие поляризатор в рабочей поляризации в обоих направлениях, не создают сдвига (принцип взаимности Лоренца). Волны, прошедшие поляризатор в нерабочей поляризации (вторичные) могут интерферировать с основными волнами, создавая сдвиг. В общем случае этот сдвиг пропорционален отношению амплитуд вторичной волны к амплитуде основной волны и коэффициенту е, что для цельноволоконного ВОГ, где оси волокна и поляризатора не совпадают, может служить источником значительной ошибки, так как амплитуды основной и вторичной волны сопоставимы. В условиях невозможности полного подавления вторичных волн уменьшение взаимной когерентности вторичных и основных волн является одной из возможностей уменьшения сдвига и дрейфа нуля ВОГ. Заметим, что эффективная интерференция возможна, если разность оптических путей между основными и вторичными волнами на фотодетекторе меньше длины деполяризации.The fundamental reason for the shift and instability of the FOG zero is the final suppression of the non-fundamental (non-working) polarization by the polarizer (the amplitude transmittance of the wave with the non-working polarization is ε, -20log(ε) = the extinction coefficient of the polarizer in dB, that is, a polarizer with a practically achievable extinction of 40 dB corresponds to ε=0.01). Waves that have passed the polarizer in the working polarization in both directions do not create a shift (Lorentz reciprocity principle). Waves that have passed the polarizer in the non-working polarization (secondary) can interfere with the main waves, creating a shift. In the general case, this shift is proportional to the ratio of the amplitudes of the secondary wave to the amplitude of the main wave and the coefficient ε, which for an all-fiber FOG, where the axes of the fiber and the polarizer do not coincide, can be a source of a significant error, since the amplitudes of the main and secondary waves are comparable. Under conditions of impossibility of complete suppression of secondary waves, a decrease in the mutual coherence of the secondary and fundamental waves is one of the possibilities for reducing the shift and drift of the FOG zero. Note that effective interference is possible if the difference in the optical paths between the primary and secondary waves on the photodetector is less than the depolarization length.
Рассмотрим возможные задержки между основными и вторичными волнами на фотодетекторе для случая цельноволоконного ВОГ (фиг. 1), с учетом следующих практических соотношений:Consider the possible delays between the main and secondary waves on the photodetector for the case of an all-fiber FOG (Fig. 1), taking into account the following practical relationships:
- длина контура составляет 100 (м) и более,- the length of the contour is 100 (m) or more,
- длина волокна между компонентами цельноволоконного ВОГ от 10 (см) до нескольких десятков сантиметров (определяется технологическими возможностями и конструктивными требованиями)- the length of the fiber between the components of an all-fiber FOG is from 10 (cm) to several tens of centimeters (determined by technological capabilities and design requirements)
- длина деполяризации - 8 (см) (см. выше).- depolarization length - 8 (cm) (see above).
При этом все возможные суммы задержек (на отрезках волокна X, Y, Z), накопленных волнами при распространении между компонентами в обоих направлениях, оказываются намного (в масштабе длины деполяризации) меньше задержки между собственными поляризациями в контуре. Поэтому взаимно когерентными потенциально могут быть только волны (основные и вторичные), которые прошли контур в одной и той же поляризации. Это, в свою очередь, означает, что для целей настоящего рассмотрения можно считать, что волоконный контур не вносит дополнительной задержки между основными и вторичными волнами.In this case, all possible sums of delays (on fiber segments X, Y, Z) accumulated by waves during propagation between the components in both directions turn out to be much (on the scale of the depolarization length) less than the delay between eigenpolarizations in the circuit. Therefore, only waves (primary and secondary) that have passed the circuit in the same polarization can potentially be mutually coherent. This, in turn, means that for the purposes of this discussion, it can be assumed that the fiber circuit does not introduce additional delay between the main and secondary waves.
Для каждой из встречных волн последовательность прохождения отрезков следующая Z, Y, X, X, Y (см. фиг.1).For each of the oncoming waves, the sequence of passage of segments is as follows Z, Y, X, X, Y (see figure 1).
В зависимости от характеристик и ориентации оптических компонентов на каждом из этих отрезков волны могут приобретать разные задержки.Depending on the characteristics and orientation of the optical components, each of these sections of the wave can acquire different delays.
Для анализа важны возможные разности задержек встречных волн: если разность задержек превышает длину когерентности - то вторичные волны, прошедшие поляризатор при развороте осей двулучепреломления волокна на входе и выходе оптических компонентов ВОГ, не интерферируют с основными волнами и не порождают ложный сигнал вращения. Если разность задержек меньше длины когерентности, то возникает ложный сигнал, пропорциональный амплитуде вторичных интерферирующих воли (первый порядок по ε).For analysis, possible differences in the delays of counterpropagating waves are important: if the delay difference exceeds the coherence length, then the secondary waves that have passed through the polarizer during the rotation of the fiber birefringence axes at the input and output of the optical components of the FOG do not interfere with the main waves and do not generate a false rotation signal. If the delay difference is less than the coherence length, then a false signal occurs, which is proportional to the amplitude of the secondary interfering waves (first order in ε).
Две конфигурации, эквивалентные с точки зрения подавления интерференции вторичных встречных волн (сдвига нуля), можно представить следующим образом:Two configurations that are equivalent in terms of secondary counter-wave interference suppression (zero shift) can be represented as follows:
1) Y=3X, Z=9X, где Х> длины деполяризации;1) Y=3X, Z=9X, where X> depolarization length;
2) X=3Y, Z=9Y, где Y> длины деполяризации.2) X=3Y, Z=9Y, where Y> depolarization length.
При указанном соотношении отрезков все возможные разности путей кратны минимальному отрезку из набора. Таким образом, если длина минимального из отрезков X (или Y) превышает длину деполяризации волокна (для практических целей рекомендуется двукратное превышение, так как взаимная когерентность уменьшается почти в 10 раз (е2)), то обеспечивается подавление интерференции вторичных волн с основными волнами и, соответственно, отсутствие ложного сигнала (сдвига нуля).For the specified ratio of segments, all possible path differences are multiples of the minimum segment from the set. Thus, if the length of the minimum of the segments X (or Y) exceeds the fiber depolarization length (for practical purposes, a twofold excess is recommended, since the mutual coherence decreases by almost 10 times (e 2 )), then the interference of secondary waves with the main waves is suppressed and , respectively, the absence of a false signal (zero shift).
Анализируя последовательность прохождения межкомпонентных отрезков встречными волнами {Z, Y, X, X, Y}, следует, что фазовый набег на отрезке Z может быть скомпенсирован набегами на последовательности отрезков {Y, X, X, Y}, а фазовый набег на отрезке Y может быть скомпенсирован набегами на последовательности отрезков {X, X}. Таким образом, максимальный набег на последовательности отрезков {X, X} может составить 2Х и поэтому можно исключить возможность промежуточной компенсации на участке {X, X, Y}, выбирая длину отрезка Y равной 3Х. Аналогичным образом, учитывая, что Y=3X и максимальный набег на последовательности отрезков {Y, X, X, Y} может составить 8Х (3Х+Х+Х+3Х), можно исключить возможность итоговой компенсации на участке {Z, Y, X, X, Y}, выбирая длину отрезка Z, равной 9Х. Отметим, что отрезки X и Y - взаимозаменяемы в этих рассуждениях.Analyzing the sequence of passage of intercomponent segments by counterpropagating waves {Z, Y, X, X, Y}, it follows that the phase incursion on the segment Z can be compensated by the incursions on the sequence of segments {Y, X, X, Y}, and the phase incursion on the segment Y can be compensated by raids on sequences of segments {X, X}. Thus, the maximum run on the sequence of segments {X, X} can be 2X and therefore it is possible to eliminate the possibility of intermediate compensation on the segment {X, X, Y} by choosing the length of segment Y equal to 3X. Similarly, considering that Y=3X and the maximum run on the sequence of segments {Y, X, X, Y} can be 8X (3X+X+X+3X), we can exclude the possibility of final compensation on the segment {Z, Y, X , X, Y}, choosing the length of the segment Z equal to 9X. Note that the segments X and Y are interchangeable in these considerations.
Приведенные выше соображения и выводы подтверждают модельные численные расчеты амплитудных и фазовых параметров встречных волн, основанные на использовании матриц Джонса, [см., например, Шерклифф У., "Поляризованный свет", пер. с англ., М.: Мир, 1965. - 583 с.], описывающих трансформацию встречных волн в местах межполяризационной связи - a1, а7 (см. фиг. 1) и на отрезках двулучепреломляющего волокна X, Y, Z с учетом усреднения по спектру излучения.The above considerations and conclusions confirm the model numerical calculations of the amplitude and phase parameters of counterpropagating waves, based on the use of Jones matrices, [see, for example, Shercliff W., "Polarized Light", trans. from English, M .: Mir, 1965. - 583 p.], describing the transformation of counterpropagating waves in places of interpolarization connection - a1, a7 (see Fig. 1) and on segments of a birefringent fiber X, Y, Z, taking into account averaging over radiation spectrum.
Приведенная конфигурация ВОГ обеспечивает отсутствие у вторичных встречных волн, прошедших по разным путям (то есть - невзаимных), задержек по отношению к основным волнам меньше длины когерентности излучателя.The above configuration of the FOG ensures that the secondary counterpropagating waves that have passed along different paths (that is, non-reciprocal) have no delays with respect to the main waves less than the coherence length of the emitter.
Устройство (ВОГ) работает следующим образом:The device (VOG) works as follows:
Световой сигнал от излучателя 1 входит в одномодовое двулучепреломляющее волокно, проходит первый ответвитель 2 и поляризатор 3, а вторым ответвителем 4 делится на две волны, распространяющиеся во встречных направлениях по волоконному контуру 5 и фазовому модулятору 6. После обхода волоконного контура 5 встречные волны смешиваются вторым ответвителем 4, интерферируют и вновь проходят поляризатор 3 и первый ответвитель 2, который направляет часть излучения (сигнал интерференции) на фотоприемник 7. "Заглушки" 8, которыми заканчиваются свободные концы волокна ответвителей (2 и 4), предотвращают обратное отражение волны от торцов волокна.The light signal from the
Генератор 12 задает синусоидальное напряжение для питания фазового модулятора 6 и одновременно служащее опорным напряжением в фазовом детекторе 11 для детектирования амплитуды первой гармоники частоты модуляции в выходном сигнале фотоприемника 7 и формировании выходного сигнала ВОГ, пропорционального скорости его вращения.
Для подавления сигнала на второй гармонике частоты модуляции, возникающей при синусоидальной модуляции сдвига фаз встречных волн волоконного контура 5 в сигнале фотоприемника 7 и существенно затрудняющей детектирование сигнала вращения - амплитуду первой гармоники частоты модуляции, используют узкополосный фильтр 10.To suppress the signal at the second harmonic of the modulation frequency, which occurs during sinusoidal modulation of the phase shift of the counterpropagating waves of the
Поляризатор 3 обеспечивает поляризационную фильтрацию на входе и выходе волоконного контура 5 для улучшения взаимности оптических путей встречных волн с целью уменьшения сдвигов фаз между ними, не связанных с вращением.
Пьезокерамический фазовый модулятор 6 используют для повышения чувствительности ВОГ. При его питании переменным напряжением от генератора 12 создается дополнительный сдвиг фаз за счет периодического растяжения участка волоконного контура.Piezoceramic phase modulator 6 is used to increase the sensitivity of the FOG. When it is supplied with alternating voltage from the
Для апробации предлагаемого изобретения ранее были смонтированы по патенту РФ №2139499 два варианта ВОГ (ВОГ1 и ВОГ2). Длины отрезков волокна между компонентами у ВОГ1 удовлетворяли условию: Y=3X, Z=9X, где Х=170 (мм) (~2LD), а у ВОГ2 все длины отрезков между компонентами были примерно одинаковы и равны 200 (мм).To test the proposed invention, two versions of the VOG (VOG1 and VOG2) were previously mounted according to the patent of the Russian Federation No. 2139499. The lengths of the fiber segments between the components for FOG1 satisfied the condition: Y=3X, Z=9X, where X=170 (mm) (~2L D ), and for FOG2, all the lengths of the segments between the components were approximately the same and equal to 200 (mm).
При изготовлении ВОГ1 учитывалось, что разброс длин участков X, Y, Z может привести к разбросу разностей фазовых набегов вторичных волн, а, следовательно, возможно появление разностных набегов, меньших длины деполяризации излучения в волокне, что в свою очередь приведет к возникновению ложного сигнала (сдвига нуля) ВОГ1. Для того, чтобы этого гарантированно не произошло, сумма допусков для отрезков X, Y, Z не должна превышать длины деполяризации излучения в волокне. Для длины деполяризации ~10 (см) получаем оценку для точности определения длин участков волокна X, Y, Z - ~1-2 (см). Такая точность определения участков волокна X, Y, Z и была реализована при изготовлении ВОГ1. Длина меньшего отрезка волокна между оптическими компонентами составляла ~20 (см).When manufacturing FOG1, it was taken into account that the spread in the lengths of the sections X, Y, Z can lead to a spread in the differences in the phase incursions of the secondary waves, and, therefore, the appearance of difference incursions smaller than the depolarization length of the radiation in the fiber, which in turn will lead to the appearance of a false signal ( zero shift) VOG1. In order to ensure that this does not happen, the sum of tolerances for segments X, Y, Z should not exceed the length of the radiation depolarization in the fiber. For a depolarization length of ~10 (cm), we obtain an estimate for the accuracy of determining the lengths of fiber sections X, Y, Z - ~1-2 (cm). Such an accuracy in determining the fiber sections X, Y, Z was realized in the manufacture of FOG1. The length of the smaller fiber segment between the optical components was ~20 (cm).
При измерении дрейфа нуля (изменения выходного сигнала в отсутствии вращения) для ВОГ1 и ВОГ2 в диапазоне температур +20°С … +50°С ранее были получены следующие максимальные значения изменения (дрейфа) нуля: 3°/час - для ВОГ1, и 25°/час - для ВОГ2.When measuring the zero drift (changes in the output signal in the absence of rotation) for FOG1 and FOG2 in the temperature range of +20°C ... +50°C, the following maximum values of zero change (drift) were previously obtained: 3°/hour - for FOG1, and 25 °/h - for VOG2.
Отметим, что нефарадеевская невзаимность или по другому- разность фаз встречных волн в магнитном поле - проявляется в ВОГ как один из основных источников погрешности в основном из-за того, что внешнее магнитное поле присутствует практически при всех случаях использования приборов [см. В.Н. Логозинский. Магнитоиндуцированная нефарадеевская невзаимность в волоконно-оптическом гироскопе. 2006 г.; "Радиотехника и электроника", 2006, том 51, №7, с. 890-894].Note that non-Faraday nonreciprocity or, in other words, the phase difference of counterpropagating waves in a magnetic field, manifests itself in FOG as one of the main sources of error, mainly due to the fact that an external magnetic field is present in almost all cases of using devices [see. V.N. Logozinsky. Magnetically induced non-Faraday nonreciprocity in a fiber-optic gyroscope. 2006; "Radio Engineering and Electronics", 2006, Volume 51, No. 7, p. 890-894].
В частности, магнитное поле Земли составляет в среднем величину ~ 1 (Э); а на борту, например, летательного аппарата / или другого подвижного объекта внешнее магнитное поле может существенно превосходить среднюю величину магнитного поля Земли. Поэтому для приборов тактического (и тем более навигационного) класса точности такое внешнее магнитное поле может приводить к значительным и недопустимым погрешностям измерений. Ранее предполагалось, что ВОГ на основе двулучепреломляющего волокна будет не чувствителен к внешнему магнитному полю, так как в оптическом контуре распространяются линейно поляризованные моды. Но из-за продольной скрутки ОВ они обладают небольшой эллиптичностью и фарадеевская невзаимность не исчезает полностью. Поэтому для обеспечения потенциальной точности ВОГ как правило используют специальные магнитные экраны, что ухудшает тактико-технические характеристики прибора.In particular, the Earth's magnetic field averages ~ 1 (Oe); and on board, for example, an aircraft / or other moving object, the external magnetic field can significantly exceed the average value of the Earth's magnetic field. Therefore, for instruments of a tactical (and even more so navigation) accuracy class, such an external magnetic field can lead to significant and unacceptable measurement errors. Previously, it was assumed that a FOG based on a birefringent fiber would be insensitive to an external magnetic field, since linearly polarized modes propagate in the optical circuit. But due to the longitudinal twisting of the OF, they have a slight ellipticity and the Faraday nonreciprocity does not disappear completely. Therefore, to ensure the potential accuracy of the FOG, as a rule, special magnetic shields are used, which worsens the performance characteristics of the device.
В работе [см. В.Н. Логозинский. Магнитоиндуцированная нефарадеевская невзаимность в волоконно-оптическом гироскопе. 2006 г.; "Радиотехника и электроника", 2006, том 51, №7, с. 890-894] получено выражение для смещения моды для волн, поляризованных в плоскости контура с учетом случайной продольной скрутки волокна, составляющее примерно ~ 0,001 (мкрад/виток*Э). Так как в миниатюрных ВОГ число витков ОВ, как правило, превосходит 1000, то интегральный невзаимный эффект от смещения моды является весьма значимым. В частности, для ВОГ с числом витков 1000 в условиях действия весьма малого по величине магнитного поля Земли (~ 1 Э) погрешность будет составлять величину порядка 0,6 * 10-4 (угл. град.).In work [see V.N. Logozinsky. Magnetically induced non-Faraday nonreciprocity in a fiber-optic gyroscope. 2006; "Radio Engineering and Electronics", 2006, Volume 51, No. 7, p. 890-894] an expression was obtained for the mode shift for waves polarized in the contour plane, taking into account the random longitudinal twist of the fiber, which is approximately ~ 0.001 (mrad/turn*Oe). Since the number of OF turns in miniature FOGs, as a rule, exceeds 1000, the integral nonreciprocal effect of the mode shift is very significant. In particular, for a FOG with a number of turns of 1000 under the influence of a very small magnetic field of the Earth (~ 1 Oe), the error will be on the order of 0.6 * 10 -4 (angular degrees).
В отличии от фарадеевской невзаимности, которая может быть уменьшена путем настройки оптических компонентов, нефарадеевская невзаимность определяется исключительно конструктивными параметрами.Unlike Faraday non-reciprocity, which can be reduced by tuning optical components, non-Faraday non-reciprocity is determined solely by design parameters.
Как отмечалось ранее, если в ВОГ использовать контур с двумя противоположно ориенированными катушками разного диаметра, но с равным количеством витков, то в принципе можно, сохранив отклик на вращение, скомпенсировать и нефарадеевскую невзаимность. Однако такое техническое решение неприемлемо для миниатюрных ВОГ.As noted earlier, if a circuit with two oppositely oriented coils of different diameters, but with an equal number of turns, is used in the FOG, then in principle it is possible, while maintaining the response to rotation, to compensate for the non-Faraday nonreciprocity. However, this technical solution is unacceptable for miniature FOGs.
Поэтому в предлагаемой конструкции ВОГ волоконный контур 5 выполнен в виде контура оптического волокна, намотанного на каркас, представляющий собой одностороннюю поверхность, например, ленту Мебиуса, которая позволяет практически реализовать контур с двумя противоположно ориентированными катушками разного диаметра, но с равным количеством витков в существующих габаритах миниатюрного прибора.Therefore, in the proposed FOG design, the
Таким образом по сравнению с прототипом за счет предложенной конструкции волоконного контура удается при сохранении отклика на вращение скомпенсировать также и нефарадеевскую невзаимность, что обеспечивает возможность повышения чувствительности ВОГ, в первую очередь миниатюрных ВОГ, особенно при малых входных угловых скоростях, способствующее повышению точности ВОГ, решая тем самым поставленную задачу предлагаемого изобретения.Thus, compared with the prototype, due to the proposed design of the fiber circuit, it is possible, while maintaining the response to rotation, to also compensate for the non-Faraday nonreciprocity, which makes it possible to increase the sensitivity of the FOG, primarily miniature FOGs, especially at low input angular velocities, which improves the accuracy of the FOG by solving thereby the task of the present invention.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135624A RU2764704C1 (en) | 2020-10-28 | 2020-10-28 | Fibre-optic gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135624A RU2764704C1 (en) | 2020-10-28 | 2020-10-28 | Fibre-optic gyroscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2764704C1 true RU2764704C1 (en) | 2022-01-19 |
Family
ID=80040608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020135624A RU2764704C1 (en) | 2020-10-28 | 2020-10-28 | Fibre-optic gyroscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2764704C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5377283A (en) * | 1992-05-29 | 1994-12-27 | Honeywell Inc. | Configuration control of mode coupling errors |
| US5734469A (en) * | 1995-06-07 | 1998-03-31 | Strandjord; Lee K. | Proper frequency tracker for fiber optic sensing coil |
| RU126452U1 (en) * | 2012-11-13 | 2013-03-27 | Валерий Николаевич Логозинский | FIBER OPTICAL GYROSCOPE |
| RU2708700C2 (en) * | 2018-03-05 | 2019-12-11 | Акционерное общество "Центр ВОСПИ" (АО "Центр ВОСПИ") | Multimode fibre laser gyroscope |
-
2020
- 2020-10-28 RU RU2020135624A patent/RU2764704C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5377283A (en) * | 1992-05-29 | 1994-12-27 | Honeywell Inc. | Configuration control of mode coupling errors |
| US5734469A (en) * | 1995-06-07 | 1998-03-31 | Strandjord; Lee K. | Proper frequency tracker for fiber optic sensing coil |
| RU126452U1 (en) * | 2012-11-13 | 2013-03-27 | Валерий Николаевич Логозинский | FIBER OPTICAL GYROSCOPE |
| RU2708700C2 (en) * | 2018-03-05 | 2019-12-11 | Акционерное общество "Центр ВОСПИ" (АО "Центр ВОСПИ") | Multimode fibre laser gyroscope |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5153676A (en) | Apparatus and method for reducing phase errors in an interferometer | |
| US6636321B2 (en) | Fiber-optic current sensor | |
| EP0262825B1 (en) | Fiber optic rotation sensor utilizing high birefringence fiber and having reduced intensity type phase errors | |
| US4529313A (en) | Ring interferometer | |
| JP5448745B2 (en) | RFOG with reduced bias error caused by polarization mode | |
| Culshaw et al. | Frequency modulated heterodyne optical fiber Sagnac interferometer | |
| US7075286B2 (en) | Fiber-optic current sensor | |
| US11549812B2 (en) | Compact optical-fibre Sagnac interferometer | |
| WO1999017129A1 (en) | Fiber optics apparatus and method for accurate current sensing | |
| JPH0130317B2 (en) | ||
| US5037205A (en) | Integrated optic interferometric fiber gyroscope module and method | |
| WO1994018525A2 (en) | Control of spectral shift errors | |
| Zheng et al. | Influences of optical-spectrum errors on excess relative intensity noise in a fiber-optic gyroscope | |
| JP2759381B2 (en) | Depolarized fiber optic rotation sensor with low Faraday effect drift | |
| JP2015230163A (en) | Optical voltage measurement device | |
| RU2764704C1 (en) | Fibre-optic gyroscope | |
| RU2783470C1 (en) | Fibre-optic gyroscope | |
| JP3687971B2 (en) | Method and apparatus for compensating residual birefringence in an interferometric fiber optic gyro | |
| CA1311546C (en) | Integrated optic interferometric fiber gyroscope module and method | |
| RU126452U1 (en) | FIBER OPTICAL GYROSCOPE | |
| US5120130A (en) | Apparatus and method for reducing phase errors in an interferometer | |
| US20150131102A1 (en) | Interferometric measurement system with optical fibre and inertial guidance or navigation system including such an interferometric measurement system | |
| EP2921821B1 (en) | Fibre optic gyroscope | |
| RU2522147C1 (en) | Fibre-optic gyroscope | |
| RU2682981C1 (en) | Demodulation method of fiber optic current sensor signal |