SU700031A1

SU700031A1 - Device for measuring angular speed

Info

Publication number: SU700031A1
Application number: SU782578924A
Authority: SU
Inventors: Э.И. Алексеев; Е.Н. Базаров; С.М. Козел; Е.И. Сверчков; Г.И. Телегин
Original assignee: Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср
Priority date: 1978-02-13
Filing date: 1978-02-13
Publication date: 1991-12-30

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени угловых скоростей оптическими пассивными средствами .The invention relates to a measurement technique and can be used to measure angular velocities with optical passive means.

Известны активные оптические устройства дл измерени угловой скорости на кольцевом лазере.Active optical devices are known for measuring angular velocity on a ring laser.

Недостатками активного оптического устройства вл ютс сложность в изготовлении и эксплуатации, чувствительность к механическим вибраци м и изменени м температуры окружающей среды.The disadvantages of an active optical device are the difficulty in manufacturing and operation, sensitivity to mechanical vibrations and changes in ambient temperature.

Известно оптическое устройство дл измерени угловой скорости пассивного типа, основанное на эффекте Сань ка и содержащее источник когерентного оптического излучени , волоконный оптииескиГ. световод в виде многовиткового кольца с устройствамиAn optical device for measuring the angular velocity of the passive type, based on the Sanya-ka effect and containing a source of coherent optical radiation, a fiber optical device, is known. light guide in the form of a multi-turn ring with devices

II

ввода и вывода оптического излучени input and output of optical radiation

и фотоприемнмк.and photodetection.

Недостатком прототипа вл етс мала чувствительность к угловым перемещени м исследуемого объекта и невысока точность измерений вследствие низкой точности измерени разности фаз. The disadvantage of the prototype is low sensitivity to the angular displacements of the object under study and low measurement accuracy due to the low accuracy of measurement of the phase difference.

Целью изобретени вл етс повышение чувствительности и точности измерени угловой скорости.The aim of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of angular velocity measurements.

Цель достигаетс тем, что известное устройство дополнено двум фазовыми модул торами, расположенными в устройствах ввода и вывода оптического излучени , а также фазовращателем установленным в устройстве вывода оптического излучени .The goal is achieved by the fact that the known device is complemented by two phase modulators located in the input and output devices of the optical radiation, as well as a phase shifter installed in the output device of the optical radiation.

На чертеже изображено предлагаемое устройство дл измерени угловой скоРОСТИо OHO содержит источник когерентного оптического излучени 1 (лазер) ,, полупрозрачные зеркала - делительные пластины 2-Ч, устройства ввода-вывода оп тического излучени ,, смесительную пластину 59 фазовые модул торы 6 и 7 волоконный световод 8, уложе ный в многовитко ое кольцо, , фотоприемники 9Е- 10э калиброванный фазовращатель lU Устройство работает следующим образом . Свет от источника когерентного излучени 1 поступает на делительнч-то пластину 2, после чего, пройд фазевые модул торы 6 и 7 и делительные пла стины 3 и 4,, поступает на противоположные входы волоконного световода; уложенного в многовитковое кольцо ,8„ Прошедший в противоположных напра лени х по волоконному световоду СЕзет с помощью делительных пластин 3 и f направл етс на смесительную пласти ну 5s а затем поступает на фотоприем ники 9 и 10 (или на один из них). При оптическом детектировании выдел етс и используетс в качестве ин формативного сигнала первой гармоники частоты фазовой модул ции, пропор циональный разности фаз встречных Дейстгзктельно, на каждом из фотоприе 1Нико8 выдел етс сигнал опти1-1еского детек1ировани , ппопорл иональный величине. Г Af + А| +2.A..A,,cos(Cf,-Cf) (1) -де AjjLf - амплитуда и фаза на ах,од фотоприемника сигнала, прошедшего по золоконно™ му световоду в напр 1влеHMHj совпадающем с нап ,равлением вращени , а А и ср амплитуда и фаза на входе чфотоприемника си гнала s прошедшего nci кольцу-волоконного световода в на правлении, противоположном направт:ению вращени Фазы Cf, и Ср при фазовой модул ции гармоническим сигналом с частотой S2 равны tfi ( Sq +q,,sinf2t +Lf „ Mz где не св заннь й с вращением набег Фазы сигналов при их распространении по волокну (например, набег фазы за счет изменени температуры ) J - изменение фазы сигналов, обусловленное вращением (SCfпропорционально угловой скорости вращени Q рр ), й(4м1 и , максимальное изменение фазы за счет модул ции (модул торы возбуждаютс в противофазе по .отношению друг к другу)о Подставл (2) в (1) получаем + лЛ - 2А,(С| + - . В случае 2 о ( сигнал на частоте первой гармоники частоты модул ции Q пропорционален величине 1 (ад,.(2()з1пЙЬг. , %м+0«г 1 где ii,(, ,vi2) функци Бессел 1-го пср дка. Таким образом, сигнал на частоте первой гармоники частоты модул ции пр мо пропорционален разности фаз встречных волн 2fltp , обусловленной вращением. Этот сигнал может быть впоследствии усилен с помощью узкополосного усилител . Чувствительность предлагаемого устройства может быть повышена если в одно иг плеч устройства ввода вывода излучени поместить калиброванный фазовращатель 11 и использовать нулевой метод индикации. I При 3toM регулировкой фазовращател добиваютс нулевого значени сигнала на первой гармонике частоты модул ции , и отсчет угловой скорости вращени производитс по показани м калиброванного фазозращател В этом случае не .стабильность во времени Э /1ПЛитуд сигналов и индексов фазовой модул ции не вли ет существенным образом на точность измерени . Действительно j если калиброванный фазовращатель 1 Г пс -1ещен на пути сигнала э прошедшего по волоконному световоду в направлении, обратном направ лению вращени j и носит фазовый сдвиг Cf) , то вместо (3) и () имеем соответственно I А + А + 2А, ()-Cfi) ч () ) (5) I 4А, A2l(g)(2(-Cp)sinGt. 7000 1 4A,, (q, 4C|)P (2((| ,i|sinQt. (6) Отсюда следует, что I обращаетс в нуль при1|),, 2S(f, не зависит от амплитуды сигналов и величин девиаций фазы в модул торах.The figure shows the proposed device for measuring the angular velocity OHO contains a source of coherent optical radiation 1 (laser), semitransparent mirrors - 2-H divider plates, optical radiation input-output devices, mixing plate 59, phase modulators 6 and 7 optical fiber 8, folded into a multi-turn ring, photoreceivers 9E-10e calibrated phase shifter lU The device operates as follows. The light from the coherent radiation source 1 is fed to a dividing plate 2, after which the phase modulators 6 and 7 pass through and the dividing plates 3 and 4, are fed to the opposite inputs of the optical fiber; stacked in a multi-turn ring, 8 "Passed in opposite directions along the CZETT fiber optic fiber using dividing plates 3 and f is directed to the mixing plate 5s and then fed to photoreceivers 9 and 10 (or one of them). Optical detection detects and uses as an informative signal of the first harmonic of the phase modulation frequency proportional to the phase difference of counterpropagating signals, on each of the 1 Niko8 photo output, an optical detection signal is obtained, which is proportional to pporplon. G Af + A | + 2.A..A ,, cos (Cf, -Cf) (1) -de AjjLf is the amplitude and phase on ax, one photodetector of the signal transmitted through the optical fiber in the direction 1LHMHj coinciding with the direction of rotation, and A and cp are the amplitude and phase at the input of the photo-receiver, s, of the signal s passing the nci to the fiber-optic ring in the direction opposite to: the rotation of the Cf phase and Cf during phase modulation by a harmonic signal with a frequency S2 equal to tfi (Sq + q, sinf2t + Lf „Mz where is not associated with the rotation of the phase shift of the signals as they propagate through the fiber (for example, the phase shift due to a change in the rate Temperatures) J - change in the phase of signals due to rotation (SCf proportional to the angular velocity of rotation Q pp), (4m1 and maximum change in phase due to modulation (modulators are excited in antiphase in relation to each other) o Substrate (2) in (1) we get + LL - 2A, (C | + -. In case of 2 o (the signal at the frequency of the first harmonic of the Q modulation frequency is proportional to the value of 1 (hell,. (2 () s1PYBr.,% M + 0 г g 1 where ii, (,, vi2) Bessel function of the 1st psd dca. Thus, the signal at the frequency of the first harmonic of the modulation frequency is directly proportional to the phase difference of the counterpropagating waves 2fltp due to rotation. This signal can be subsequently amplified with a narrowband amplifier. The sensitivity of the proposed device can be enhanced by placing a calibrated phase shifter 11 in one leg of the device of the radiation input device and using the zero display method. I With a 3toM adjustment of the phase shifter, a zero value of the signal at the first harmonic of the modulation frequency is achieved, and the angular rotational speed is calculated according to the calibrated phase shifter. In this case, the stability of the E / 1P signal does not affect the signals and phase modulation indices. measurement accuracy. Indeed j if the calibrated phase shifter 1 G ps -1 is in the path of the signal e passed through the optical fiber in the direction opposite to the direction of rotation j and carries the phase shift Cf), then instead of (3) and () we have respectively () -Cfi) h ()) (5) I 4A, A2l (g) (2 (-Cp) sinGt. 7000 1 4A ,, (q, 4C |) P (2 ((|, i | sinQt. ( 6) From this it follows that I vanishes at 1 | 1 ,, 2S (f, does not depend on the amplitude of the signals and the magnitudes of the phase deviations in the modulators.

77

Claims

1. DEVICE FOR MEASURING ANGULAR SPEED, containing