RU2791671C1 - Fiber optic angular velocity sensor and method for measuring angular velocity - Google Patents
Fiber optic angular velocity sensor and method for measuring angular velocity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791671C1 RU2791671C1 RU2022116782A RU2022116782A RU2791671C1 RU 2791671 C1 RU2791671 C1 RU 2791671C1 RU 2022116782 A RU2022116782 A RU 2022116782A RU 2022116782 A RU2022116782 A RU 2022116782A RU 2791671 C1 RU2791671 C1 RU 2791671C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angular velocity
- output
- input
- coil
- sensitive element
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптических измерений, а именно, к волоконно-оптическим устройствам для измерения угловой скорости с использованием гироскопических эффектов и способам их работы. The invention relates to the field of optical measurements, namely, to fiber-optic devices for measuring angular velocity using gyroscopic effects and methods for their operation.
Измерение угловой скорости традиционно производится датчиками угловой скорости (ДУС) разного типа гироскопов, в том числе волоконно-оптическим гироскопом (ВОГ), в котором чувствительным элементом (ЧЭ) является интерферометр Саньяка (ИС). Величина случайной разности фаз встречных лучей в ИС, определяет уровень дрейфа ДУС, тем самым, снижает точность измерения угловой скорости. Это особенно актуально для навигации при длительном непрерывном периоде эксплуатации ВОГ из-за с накопления случайной ошибки в показаниях гироскопа, особенно в верхних и нижних широтах Земли. Из уровня техники известен способ определения угловой скорости и компенсации дрейфа гироскопа, в том числе ВОГ, на основе двойного гирокомпассирования [Гироскопические системы. Гироскопические приборы и системы: Учеб. для вузов по спец. "Гироскоп, приборы й устройства" / Д.С. Пельпор, И.А. Михалев, В.А. Бауман.; Под ред. Д.С. Пельпора. - М: Высш. шк., 1988]. В этом случае измеряется угловая скорость в исходном положении, затем производится разворот устройства на 180° в пространстве и снова измеряется угловая скорость. Способ основан на том, дрейф в ИС, не зависит от пространственной ориентации ВОГ и сохраняет знак, а составляющая угловой скорости, измеряемая по вектору угловой скорости вращения Земли при развороте устройства на 180°, изменяет знак на противоположный. Это используется для определения и компенсации дрейфа.Angular velocity measurement is traditionally performed by angular velocity sensors (ARS) of various types of gyroscopes, including a fiber-optic gyroscope (FOG), in which the sensitive element (SE) is a Sagnac interferometer (IS). The value of the random phase difference of the oncoming beams in the IS determines the level of drift of the ARS, thereby reducing the accuracy of measuring the angular velocity. This is especially important for navigation during a long continuous period of FOG operation due to the accumulation of a random error in the gyroscope readings, especially in the upper and lower latitudes of the Earth. The prior art method for determining the angular velocity and compensating for the drift of the gyroscope, including FOG, based on double gyrocompass [Gyroscopic systems. Gyroscopic devices and systems: Proc. for universities on special "Gyroscope, devices and devices" / D.S. Pelpor, I.A. Mikhalev, V.A. Bauman; Ed. D.S. Pelpore. - M: Higher. school, 1988]. In this case, the angular velocity is measured in the initial position, then the device is rotated 180° in space, and the angular velocity is measured again. The method is based on the fact that the drift in the IS does not depend on the spatial orientation of the FOG and retains its sign, and the component of the angular velocity, measured by the vector of the angular velocity of the Earth's rotation when the device is rotated by 180°, changes sign to the opposite. This is used to detect and compensate for drift.
Основными недостатками известного способа являются необходимость разворота устройства на 180°, а также невозможность компенсировать дрейф непрерывно в процессе эксплуатации гироскопа. Кроме того, дрейф измеряется в разные моменты времени и может быть определен только по усредненным значениям, что снижает степень компенсации.The main disadvantages of the known method are the need to rotate the device by 180°, as well as the inability to compensate for drift continuously during the operation of the gyroscope. In addition, the drift is measured at different points in time and can only be determined from averaged values, which reduces the degree of compensation.
Также метод ограничен к применению в верхних и нижних широтах Земли, вследствие ограничения эксплуатации ВОГ в случае значительного снижения чувствительности и потери полезного сигнала, когда уровень дрейфа близок к величине измеряемой угловой скорости Земли.Also, the method is limited for use in the upper and lower latitudes of the Earth, due to the limitation of the operation of the FOG in the event of a significant decrease in sensitivity and loss of the useful signal, when the drift level is close to the value of the measured angular velocity of the Earth.
Из уровня техники также известны интегрально-оптический наногироскоп и способ его работы [«Nanophotonic optical gyroscope with reciprocal sensitivity enhancement))» (Нанофотонный оптический гироскоп с Из уровня техники известен способ определения угловой скорости и компенсации дрейфа гироскопа, в том числе ВОГ, на основе двойного гирокомпассирования [Гироскопические системы. Гироскопические приборы и системы: Учеб. для вузов по спец. "Гироскоп, приборы и устройства" / Д.С. Пельпор, И.А. Михалев, В.А. Бауман.; Под ред. Д.С. Пельпора. - М.: Высш. шк., 1988]. В этом случае измеряется угловая скорость в исходном положении, затем производится разворот устройства на 180° в пространстве и снова измеряется угловая скорость. Способ основан на том, дрейф в ИС, зависит от пространственной ориентации ВОГ и изменяет знак, а составляющая угловой скорости, измеряемая по вектору угловой скорости вращения Земли при развороте устройства на 180°, не изменяет знак на противоположный. Это используется для определения и компенсации дрейфа.An integrated optical nanogyroscope and its method of operation are also known from the prior art [“Nanophotonic optical gyroscope with reciprocal sensitivity enhancement))” (Nanophotonic optical gyroscope with reciprocal sensitivity enhancement). of double gyrocompassing [Gyroscopic systems. Gyroscopic devices and systems: Textbook for universities on special "Gyroscope, devices and devices" / D.S. Pelpor, I.A. Mikhalev, V.A. Bauman, ed. S. Pelpora. - M.: Vyssh. shk., 1988]. In this case, the angular velocity is measured in the initial position, then the device is rotated 180 ° in space and the angular velocity is again measured. The method is based on the drift in the IS, depends on the spatial orientation of the FOG and changes sign, while the component of the angular velocity, measured by the vector of the angular velocity of the Earth's rotation when the device is rotated by 180°, does not change sign. drift detection and compensation.
Основными недостатками известного способа являются необходимость разворота устройства на 180°, а также невозможность компенсировать дрейф непрерывно в процессе эксплуатации гироскопа.The main disadvantages of the known method are the need to rotate the device by 180°, as well as the inability to compensate for drift continuously during the operation of the gyroscope.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является волоконно-оптический датчик угловой скорости, содержащий источник лазерного излучения с двумя выходами, чувствительный элемент, содержащий два узла входа/выхода и расположенные между ними два оптических волновода, которые работают на эффекте Саньяка; и блок обработки сигнала с двумя фотодетекторами, в котором первый узел входа/выходы чувствительного элемента соединен с первым выходом источника излучения и первым фотодетектором, а второй узел входа/выхода чувствительного элемента соединен со вторым выходом источника излучения и вторым фотодетектором (см. публикацию WO 2018222768, кл. G01C 19/72, опубл. 06.12.2018). В известном устройстве указанные волноводы выполнены в виде интегрально-оптических кольцевых резонаторов. Среди недостатков следует отметить измерение в разные моменты времени, при этом для повышения точности требуется высокая частота переключения, что наводит дополнительную помеху и снижает точность измерения. Из указанного документа известен также способ измерения угловой скорости с помощью описанного датчика. Недостатками известного устройства являются сложность изготовления и относительно невысокая точность результатов измерения вследствие необходимости переключения направлений измерения.The closest in technical essence to the present invention is a fiber-optic angular velocity sensor containing a laser radiation source with two outputs, a sensitive element containing two input / output nodes and two optical waveguides located between them, which operate on the Sagnac effect; and a signal processing unit with two photodetectors, in which the first node input/outputs of the sensitive element is connected to the first output of the radiation source and the first photodetector, and the second node of the input/output of the sensitive element is connected to the second output of the radiation source and the second photodetector (see publication WO 2018222768 , class G01C 19/72, published 06.12.2018). In the known device, these waveguides are made in the form of integrated optical ring resonators. Among the disadvantages, it should be noted the measurement at different points in time, while to improve the accuracy, a high switching frequency is required, which induces additional noise and reduces the measurement accuracy. Also known from said document is a method for measuring the angular velocity using the described sensor. The disadvantages of the known device are the complexity of manufacturing and the relatively low accuracy of the measurement results due to the need to switch measurement directions.
Технической проблемой является устранение вышеуказанных недостатков и создание простого устройства ДУС с эффективной компенсацией дрейфа - случайной составляющей угловой скорости, например, из-за температурного влияния и других факторов, не связанных с вращением устройства. Технический результат заключается в повышении точности измерения угловой скорости.The technical problem is to eliminate the above disadvantages and create a simple CRS device with effective drift compensation - a random component of the angular velocity, for example, due to temperature effects and other factors not related to the rotation of the device. The technical result consists in increasing the accuracy of measuring the angular velocity.
В части устройства поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что в волоконно-оптическом датчике угловой скорости, содержащем источник лазерного излучения с двумя выходами, чувствительный элемент, содержащий два узла входа/выхода и расположенные между ними два оптических волновода, которые работают на эффекте Саньяка; и блок обработки сигнала с двумя фотодетекторами, в котором первый узел входа/выходы чувствительного элемента соединен с первым выходом источника излучения и первым фотодетектором, а второй узел входа/выхода чувствительного элемента соединен со вторым выходом источника излучения и вторым фотодетектором, чувствительный элемент сформирован как интерферометр Маха-Цандера, в плечи которого включены указанные оптические волноводы, при этом плечи интерферометра отличаются по длине не более, чем на длину когерентности источника излучения, а указанные оптические волноводы выполнены в виде волоконно-оптических катушек, по меньшей мере, частично намотанных вокруг общей оси, причем начало первой катушки соединено с первым выводом первого узла входа/выхода чувствительного элемента, а ее конец - с первым выводом второго узла входа/выхода чувствительного элемента; начало второй катушки соединено со вторым выводом второго узла входа/выхода чувствительного элемента, а ее конец - со вторым выводом первого узла входа/выхода чувствительного элемента. Первый и второй узел интерференции - в виде разветвителя 1×2 и идущего к катушкам интегрально-оптического модулятора Y-типа. Все соединения выполнены с постоянным соединением, не требуют переключения по направлению.In terms of the device, the problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in a fiber-optic angular velocity sensor containing a laser radiation source with two outputs, a sensitive element containing two input / output nodes and two optical waveguides located between them, which operate on the Sagnac effect; and a signal processing unit with two photodetectors, in which the first node of the input/outputs of the sensitive element is connected to the first output of the radiation source and the first photodetector, and the second node of the input/output of the sensitive element is connected to the second output of the radiation source and the second photodetector, the sensitive element is formed as an interferometer Mach-Zehnder, the arms of which include the specified optical waveguides, while the arms of the interferometer differ in length by no more than the coherence length of the radiation source, and the specified optical waveguides are made in the form of fiber-optic coils, at least partially wound around a common axis , and the beginning of the first coil is connected to the first output of the first input/output node of the sensing element, and its end is connected to the first output of the second input/output node of the sensing element; the beginning of the second coil is connected to the second output of the second input/output node of the sensing element, and its end is connected to the second output of the first input/output node of the sensing element. The first and second interference nodes are in the form of a 1×2 splitter and a Y-type integrated optical modulator going to the coils. All connections are made with a permanent connection, do not require switching in direction.
В части способа поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что согласно способу измерения угловой скорости с помощью вышеописанного датчика непрерывно направляют когерентные лазерные лучи на первый и второй узлы входа/выходы чувствительного элемента, одновременно и непрерывно формируют первую и вторую интерференционную картину за счет интерференции первой пары лучей, идущих от начала первой катушки и конца второй катушки, и интерференции второй пары лучей, идущих от конца первой катушки и начала второй катушки; непрерывно регистрируют с помощью фотодетекторов сформированные интерференционные картины; непрерывно определяют первое промежуточное значение угловой скорости на основе первой интерференционной картины; непрерывно определяют второе промежуточное значение угловой скорости на основе второй интерференционной картины; определяют результирующее значение угловой скорости на основе полученных первого и второго промежуточных значений.In part of the method, the problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that, according to the method for measuring the angular velocity using the above-described sensor, coherent laser beams are continuously directed to the first and second nodes of the input/outputs of the sensitive element, simultaneously and continuously form the first and second interference pattern due to interference of the first pair of rays coming from the beginning of the first coil and the end of the second coil, and interference of the second pair of rays coming from the end of the first coil and the beginning of the second coil; continuously register using photodetectors generated interference patterns; continuously determine the first intermediate value of the angular velocity based on the first interference pattern; continuously determine the second intermediate value of the angular velocity based on the second interference pattern; determining the resulting value of the angular velocity based on the obtained first and second intermediate values.
На фиг. 1 представлена оптическая схема предлагаемого датчика.In FIG. 1 shows the optical scheme of the proposed sensor.
Предлагаемый волоконно-оптический датчик угловой скорости состоит из источника 1 когерентного лазерного излучения (ИИ) с двумя выходами 2, 3 и изоляторами для гашения обратного луча, чувствительного элемента (ЧЭ) с двумя узлами входа/выхода (А и В) и блока 4 обработки сигнала с двумя фотодетекторами 5, 6.The proposed fiber-optic angular velocity sensor consists of a source 1 of coherent laser radiation (AI) with two
Блок 4 обеспечивает преобразование оптического сигнала в электрический, математическую обработку результатов измерений и управление работой ДУС: задает рабочую точку для работы ЧЭ, обеспечивает модуляцию сигнала компенсации фазового сдвига Саньяка при вращении ДУС, производит математические действия для обработки результатов измерения и вывод данных.Unit 4 provides conversion of the optical signal into electrical, mathematical processing of the measurement results and control of the operation of the CRS: sets the operating point for the operation of the SE, provides modulation of the Sagnac phase shift compensation signal during the rotation of the CRS, performs mathematical operations for processing the measurement results and data output.
Первый узел А входа/выходы ЧЭ соединен с первым выходом 2 ИИ и первым фотодетектором 5, а второй узел В входа/выхода ЧЭ соединен со вторым выходом 3 ИИ и вторым фотодетектором 6. Излучение от источника 1 подается на узлы А, В ЧЭ, а в обратном направлении выполняется вывод лучей после интерференции с выходов ЧЭ на блок 4. Лучи, которые в обратном направлении поступают на ИИ, гасятся на изоляторах.The first node A of the input/outputs of the SE is connected to the
Между узлами А и В расположены два оптических волновода в виде двух отдельных многовитковых волоконно-оптических катушек 7 и 8. Катушки 7 и 8, по меньшей мере, частично намотаны последовательно вокруг общей оси в одном направлении и противонаправлено чувствительны к эффекту Саньяка, что обеспечивает точность измерения и работу устройства. Катушки 7, 8 могут наматываться одна на другую, или параллельно с использованием, например, квадрупольного типа намотки.Between nodes A and B there are two optical waveguides in the form of two separate multi-turn fiber optic coils 7 and 8. Coils 7 and 8 are at least partially wound in series around a common axis in one direction and are sensitive to the Sagnac effect in the opposite direction, which ensures accuracy measurements and operation of the device. Coils 7, 8 can be wound one on top of the other, or in parallel using, for example, a quadrupole type of winding.
Сам чувствительный элемент сформирован как интерферометр Маха-Цандера, в плечи которого включены катушки 7, 8, состыкованные противонаправлено относительно начала их намотки. Под началом катушки понимается начало намотки катушек в одном направлении намотки, например, по часовой стрелке. Для обеспечения интерференции плечи интерферометра отличаются по длине не более, чем на длину когерентности источника излучения 1.The sensitive element itself is formed as a Mach-Zehnder interferometer, the arms of which include coils 7, 8, docked oppositely relative to the beginning of their winding. The beginning of the coil is understood as the beginning of the winding of the coils in one direction of winding, for example, clockwise. To ensure interference, the arms of the interferometer differ in length by no more than the coherence length of the radiation source 1.
Начало первой катушки 7 соединено с первым выводом 9 первого узла А входа/выхода ЧЭ, а ее конец - с первым выводом 10 второго узла В входа/выхода ЧЭ. Начало второй катушки 8 соединено со вторым выводом 11 второго узла В входа/выхода ЧЭ, а ее конец - со вторым выводом 12 первого узла А входа/выхода ЧЭ.The beginning of the first coil 7 is connected to the first terminal 9 of the first node A of the input/output of the SE, and its end is connected to the
Узел А входа/выхода ЧЭ (см. фиг. 1) предпочтительно выполнен в виде разветвителя 13 1x2 («один на два», т.е. объединяющего три участка оптического волокна в одной точке) и идущего к катушкам 7, 8 интегрально-оптического фазового модулятора 14. Модулятор 14 выполнен на пластине ниобата лития с канальными волноводами в виде разветвителя Y-типа, имеющего по три входа/выхода, и предназначен для разделения оптических лучей и обеспечения интерференции при их сложении. Модулятор 14 оснащен электродами для выставки начального сдвига фаз (рабочей точки), которые управляются блоком 4. В альтернативном варианте разветвитель 13 может быть заменен на циркулятор. Узел В может быть выполнен аналогичным образом в виде модулятора 16 и делителя 15.Node A of the input / output of the SE (see Fig. 1) is preferably made in the form of a
Предлагаемое устройство работает согласно предлагаемому способу следующим образом.The proposed device works according to the proposed method as follows.
Когерентные лазерные лучи от источника 1 непрерывно направляют на первый А и второй В узлы входа/выходы чувствительного элемента, в котором одновременно и непрерывно формируют первую и вторую интерференционную картину за счет интерференции первой пары лучей, идущих от начала первой катушки 7 и конца второй катушки 8, и интерференции второй пары лучей, идущих от конца первой катушки 7 и начала второй катушки 8. Сформированные интерференционные картины непрерывно регистрируют с помощью фотодетекторов 5, 6. При этом непрерывно определяют первое промежуточное значение угловой скорости на основе первой интерференционной картины и второе промежуточное значение угловой скорости на основе второй интерференционной картины, а результирующее значение угловой скорости определяют на основе полученных первого и второго промежуточных значений. Рассмотрим процесс более подробно.Coherent laser beams from source 1 are continuously directed to the first A and second B nodes of the input/outputs of the sensitive element, in which the first and second interference patterns are simultaneously and continuously formed due to the interference of the first pair of beams coming from the beginning of the first coil 7 and the end of the second coil 8 , and the interference of the second pair of rays coming from the end of the first coil 7 and the beginning of the second coil 8. The generated interference patterns are continuously recorded using
При проходе через узлы А, В входа/выхода ЧЭ лучи от выходов 2, 3 ИИ разделяются попарно на два луча. Из них в каждом плече постоянно распространяются встречно один луч от узла А и второй луч от узла В.When passing through the nodes A, B of the input / output of the SE, the rays from the
Вследствие эффекта Саньяка, при вращении ЧЭ, например, по часовой стрелке, в верхнем по фиг. 2 плече интерферометра Маха-Цендера (катушке 7), для первого луча от узла А к узлу В будет происходить положительное приращение фазы светового потока (+ΔY), а для встречного луча уменьшение фазы (-ΔY), поскольку в плече включена катушка 8 с намоткой, в данном примере, по часовой стрелке. Для второго, вследствие встречного включения катушки 8 и также вследствие намотки по часовой стрелке, наоборот (-ΔY) и (+ΔY). При изменении направления вращения устройства знаки изменения фазы во всех точках изменяются на противоположные. В результате, после интерференции, на одном выходе интерферометра Маха-Цандера (узел А) интенсивность светового потока будет зависеть от мгновенной величины и вектора угловой скорости в одном направлении, а на другом выходе (узле В) от вектора угловой скорости в противоположном направлении.Due to the Sagnac effect, when the SE is rotated, for example, clockwise, in the upper one in FIG. 2 arm of the Mach-Zehnder interferometer (coil 7), for the first beam from node A to node B there will be a positive increment in the phase of the light flux (+ΔY), and for the oncoming beam, a decrease in phase (-ΔY), since the coil is switched on in the arm 8 s winding, in this example, clockwise. For the second one, due to the opposite connection of the coil 8 and also due to clockwise winding, vice versa (-ΔY) and (+ΔY). When the direction of rotation of the device changes, the signs of the phase change at all points are reversed. As a result, after interference, at one output of the Mach-Zehnder interferometer (node A), the intensity of the light flux will depend on the instantaneous value and the angular velocity vector in one direction, and at the other output (node B) on the angular velocity vector in the opposite direction.
Знаки приращения (уменьшения) фаз оптических лучей, взывающих дрейф (Например, за счет тепловых флуктуаций), для встречных лучей в плечах интерферометра не зависят от вращения устройства и одинаковы в одном или другом плече. Изменения знаков мгновенных случайных значений приращения фазы происходит одновременно и однонаправленно для встречных лучей в одном или втором плече интерферометра в зависимости от влияния факторов, вызывающих дрейф, например, удлинения верхнего плеча от прироста температуры и уменьшение длины нижнего плеча. При этом предлагаемая схема ДУС работает в этом же порядке, т.к. катушки 7, 8 имеют общую ось вращения.Signs of the increment (decrease) of the phases of optical beams causing drift (for example, due to thermal fluctuations) for counter beams in the arms of the interferometer do not depend on the rotation of the device and are the same in one or the other arm. Changes in the signs of instantaneous random values of the phase increment occur simultaneously and unidirectionally for opposing rays in one or the second arm of the interferometer, depending on the influence of factors causing drift, for example, elongation of the upper arm due to temperature increase and a decrease in the length of the lower arm. At the same time, the proposed CRS scheme works in the same order, since coils 7, 8 have a common axis of rotation.
В результате предлагаемого соединения оптических элементов составляющие угловой скорости, вызванные вращением ВОГ, на первом и втором выходе ЧЭ равны по модулю, но имеют разные знаки, а приращение противонаправленных угловых скоростей, вызванное дрейфом, не зависит от направления вращения. Это позволяет определить мгновенную угловую скорость с компенсацией мгновенного значения дрейфа, без усреднения значений, без разворота устройства и постоянно. Угловая скорость на первом выходе ЧЭ (узле А) состоит их двух составляющих и определяется формулой:As a result of the proposed connection of optical elements, the components of the angular velocity caused by the rotation of the FOG at the first and second outputs of the SE are equal in absolute value, but have different signs, and the increment of opposite angular velocities caused by drift does not depend on the direction of rotation. This allows you to determine the instantaneous angular velocity with compensation for the instantaneous drift value, without averaging the values, without turning the device and constantly. The angular velocity at the first output of the SE (node A) consists of two components and is determined by the formula:
где ω1 - угловая скорость на выходе узла А;where ω 1 - angular velocity at the output of node A;
ω1.1 - составляющая угловой скорости без дрейфа на выходе узла А;ω 1.1 - component of the angular velocity without drift at the output of node A;
ωд1 - дрейф на выходе узла А.ω d1 - drift at the output of node A.
Для второго выхода ЧЭ (узла В) будет определяться угловая скорость в противоположном направлении, причем модули этих величин равны:For the second output of the SE (node B), the angular velocity in the opposite direction will be determined, and the modules of these quantities are equal:
где ω2 - угловая скорость на выходе узла В;where ω 2 - angular velocity at the output of node B;
ω1.1 - составляющая угловой скорости без дрейфа на выходе узла В;ω 1.1 - component of the angular velocity without drift at the output of node B;
- ωд2 - дрейф на выходе узла В.- ω d2 - drift at the output of node B.
Измерение мгновенных значений угловых скоростей производится с обоих выходов ЧЭ (узле А и узле В), в котором в каждом плече интерферометра Маха-Цандера пара встречных лучей проходит по одной и той же той же волоконно-оптической катушке. Поскольку выходы А и В противонаправлены к друг другу и случайные составляющие угловых скоростей - дрейф - измеряются в один и тот же момент времени на обоих выходах ЧЭ, поэтому они равны по модулю после усреднения, но имеют противоположные знаки и коррелированы между собой, соответственно при сложении компенсируют друг друга.The instantaneous values of the angular velocities are measured from both SE outputs (node A and node B), in which, in each arm of the Mach-Zehnder interferometer, a pair of opposite rays passes through the same fiber-optic coil. Since the outputs A and B are opposite to each other and the random components of the angular velocities - drift - are measured at the same time at both outputs of the SE, therefore they are equal in absolute value after averaging, but have opposite signs and are correlated with each other, respectively, when added compensate each other.
Выходные оптические лучи с узлов А и В поступают в блок 4, где происходит преобразование из оптического вида в электрический и математическая обработка результата.The output optical beams from nodes A and B enter block 4, where the conversion from optical to electrical and mathematical processing of the result takes place.
В результате в блоке 4 при сложении формул (1) и (2) получаем удвоенную величину угловой скорости с компенсацией дрейфа:As a result, in block 4, when adding formulas (1) and (2), we obtain a double value of the angular velocity with drift compensation:
где ωк - угловая скорость с компенсацией дрейфа;where ω to - angular velocity with drift compensation;
ω1.1 - составляющая угловой скорости без дрейфа на выходе узла А;ω 1.1 - component of the angular velocity without drift at the output of node A;
ω1.1 - составляющая угловой скорости без дрейфа на выходе узла В;ω 1.1 - component of the angular velocity without drift at the output of node B;
ωд1 - дрейф на выходе узла А;ω d1 - drift at the output of node A;
- ωд2 -дрейф на выходе узла В.- ω d2 -drift at the output of node B.
Определение суммы угловых скоростей производятся в блоке 4 после преобразования в электрический вид и делится на 2, либо учитывается в процессе калибровки. В результате на выход блока 4 подается мгновенное значение угловой скорости с компенсацией дрейфа.The determination of the sum of angular velocities is made in block 4 after conversion to electrical form and is divided by 2, or taken into account in the calibration process. As a result, the output of block 4 is supplied with the instantaneous value of the angular velocity with drift compensation.
Предлагаемые технические решения позволяют проводить непрерывное измерение мгновенной угловой скорости в реальном масштабе времени с компенсацией мгновенных значений величины дрейфа, постоянно, без перерыва в эксплуатации ВОГ, без потери информации в ДУС, необходимости усреднения значений и физического разворота устройства.The proposed technical solutions allow continuous measurement of the instantaneous angular velocity in real time with compensation for the instantaneous values of the drift value, constantly, without interruption in the operation of the FOG, without loss of information in the CRS, the need for averaging the values and the physical rotation of the device.
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2791671C1 true RU2791671C1 (en) | 2023-03-13 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU222939U1 (en) * | 2023-08-11 | 2024-01-24 | Публичное акционерное общество "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" | Fiber Optic Angular Velocity Sensor |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2039934C1 (en) * | 1992-05-25 | 1995-07-20 | Юрий Владимирович Сорокин | Fiber-optic gyro |
| RU2124185C1 (en) * | 1997-05-13 | 1998-12-27 | Михаил Афанасьевич Новиков | Optical gyroscope with passive ring resonator |
| RU2706912C9 (en) * | 2016-12-16 | 2020-01-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем | Method for adaptive scanning of underlying surface with laser locator beam in low-altitude flight information support mode |
| EP3657126B1 (en) * | 2018-11-21 | 2021-06-16 | IMEC vzw | Optical gyroscope |
| US20220128361A1 (en) * | 2020-10-27 | 2022-04-28 | Drs Network & Imaging Systems, Llc | Optical gyroscope with weak measurement amplification readout |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2039934C1 (en) * | 1992-05-25 | 1995-07-20 | Юрий Владимирович Сорокин | Fiber-optic gyro |
| RU2124185C1 (en) * | 1997-05-13 | 1998-12-27 | Михаил Афанасьевич Новиков | Optical gyroscope with passive ring resonator |
| RU2706912C9 (en) * | 2016-12-16 | 2020-01-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем | Method for adaptive scanning of underlying surface with laser locator beam in low-altitude flight information support mode |
| EP3657126B1 (en) * | 2018-11-21 | 2021-06-16 | IMEC vzw | Optical gyroscope |
| US20220128361A1 (en) * | 2020-10-27 | 2022-04-28 | Drs Network & Imaging Systems, Llc | Optical gyroscope with weak measurement amplification readout |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU222939U1 (en) * | 2023-08-11 | 2024-01-24 | Публичное акционерное общество "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" | Fiber Optic Angular Velocity Sensor |
| RU2815205C1 (en) * | 2023-10-12 | 2024-03-12 | ПАО "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" | Photonic ars on ring optical resonator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2021135171A1 (en) | Multi-phase modulation and demodulation-based fiber-optic gyroscope multi-closed-loop method | |
| US5157461A (en) | Interface configuration for rate sensor apparatus | |
| EP0532679B1 (en) | Modulation frequency control in a fiber optic rotation sensor | |
| JP5362180B2 (en) | Asynchronous demodulation of fiber optic gyroscope | |
| US4420258A (en) | Dual input gyroscope | |
| CA2531177A1 (en) | Differential birefringent fiber frequency-modulated continuous-wave sagnac gyroscope | |
| JP2724915B2 (en) | Interferometer signal analysis with modulation switching | |
| US4382681A (en) | Measurement of rotation rate using Sagnac effect | |
| US4420259A (en) | Double coupled dual input rate sensor | |
| RU2791671C1 (en) | Fiber optic angular velocity sensor and method for measuring angular velocity | |
| EP0635117B1 (en) | Determining optical signal transit delay time in an optical interferometer | |
| RU2482450C1 (en) | Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope | |
| JP2016085213A (en) | Gyro rate computation for interferometric fiberoptic gyro | |
| RU2793727C1 (en) | Angular rate sensor | |
| RU2795737C1 (en) | Fiber optic angular rate sensor | |
| RU2160885C1 (en) | Method of stabilization of scale factor of fiber-optical gyroscope | |
| RU2441202C2 (en) | Method for eliminating dead zones in fibre-optic gyroscope | |
| RU222939U1 (en) | Fiber Optic Angular Velocity Sensor | |
| RU2194245C2 (en) | Method for carrying out optical fiber gyroscope ring interferometer beam phase modulation | |
| RU2246097C2 (en) | Method of phase modulation in ringular interferometer of fiber-optic gyro | |
| RU2815205C1 (en) | Photonic ars on ring optical resonator | |
| RU2160886C1 (en) | Procedure of processing of information of fiber-optical gyroscope | |
| RU2815704C1 (en) | Fibre optical angular velocity sensor without modulator | |
| Li et al. | Four-state modulation in fiber optic gyro | |
| RU2523759C1 (en) | Angular velocity range extension for open-circuit fibre-optic gyro |