SU972923A1

SU972923A1 - Лазерный волоконный гироскоп

Info

Publication number: SU972923A1
Application number: SU813292348A
Authority: SU
Inventors: В.Ф. Фатеев; А.М. Лапин
Original assignee: Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского
Priority date: 1981-05-22
Filing date: 1981-05-22
Publication date: 1992-01-30

Abstract

ЛАЗЕРНЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ГИРОСКОП , включающий лазер, оптически св занный через разделительную пластину и невзаимный элемент с волокон ным световодом, d3OTonpHeMHHK, усили- тель и регистратор, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерени , в него введены генератор опорного напр жени . КЕСОЮЭйМ пишна-тьшчйнм БЙБДИОТЕКА двигатель вращени лазерного гироскопа вокруг оси, перпендикул рной его оси чувствительности, подключенный к генератору опорного напр жени , первый полосовой фильтр, настроенный на частоту вргицени гироскопа, и след ща система, выполненна в виде последовательно соединенных второго.полосового йильтра, настроенного на частоту генератора опорного напр жени , фазового детектора, фильтра низкой частоты, интегратора и регулируемого источника посто нного тока, выход которого соединен с невзаимным элементом, а выход усилител соединен с входами первого и второго полосовых фильтров, при этом выход первого полосового фильтра соединен с входом регистратора, а частота генератора опорного напр жени равна двойной частоте вращени гироскопа.

Description

Изобретение может быть использоеано дл измерени параметров вращени устройств с известным направлением вектора угловой скорости (турбин, валов машин и др.).

Известны кольцевые лазерные гироскопы , выполненные на основе оптических волокон. Работа этих устройств основана на использовании эффекта Сань ка в кольцевом контуре. Сущность этого эффекта заключаетс во взаимном временном запаздьгаании .встречных электромагнитных волн, распростран ю-., щихс в волоконном кольцевом световоде . При этом разность фаз встречных лучей определ етс формулой

СО

.НлС2д1бЭо %| 0 ,cos,., (t)

ч ю

со IND

где L - длина световода;

5- площадь контура прибора;

оо 2. коэффициенты преломлени

световода дл встречных

волн;

СОо - частота излучейи ; 2и.измер ема углова скорость; с - скорость света; m - число витков световода;

06 угол между векторами u « Известен волоконный гироскоп, со- v

держащий лазер, полупрозрачную пластину , невзаимный элемент, волоконный

световод ифотоприемник, жестко установленные на одном основании и между цими имеетс оптическа св зь. Между фотоприемником и регистрирующим устройством св зь электрическа .

Под вли нием различных внешних факторов (изменение температуры, меЬ (щ - п)

itp

Неконтролируемый фазовый сдвиг шюсит ошибку в измерени угловой скорости, что вл етс недостатком известных гироскопов.

Целью изобретени вл етс повьппение точности измерений угловой ско-. рости.

Цель достигаетс тем, что в гироскоп включ ающий лазер, оптически св занный через разделительную пластину и невзаимный элемент с волоконнь1м световодом, фотоприемник, усилитель и регистратор, введены генератор опорного напр жени , двигатель вращени лазерного гироскопа вокруг оси, перпендикул рной его оси чувствительности , подключенный к генератору опорного напр жени первый полосовой фильтр, настроенный на частоту вращени гироскопа, и след ща системаf выполненна в виде последовательно соединенных второго полосового фильтра, настроенного на частоту генератора опорного напр жени , фазового детектора, фильтра низкой частоты, интегратора и регулируемого источника посто нного тока, выход которого соединен с невзаимным злементом , а выход усилител соединен с входами первого и второго полосовых фильтров, при этом выход первого полосового фильтра соединен с входом регистратора, а частота генератора опорного напр жени равна двойной частоте вращени гироскопа.

На фиг. 1 дана структурна схема предлагаемого гироскопа; на фиг.2 принцип действи гироскопа.

Лазерный волоконный гироскоп содержит лазер 1, генерирующий оптическое излучение частоты бЭд , полупрозрачн по пластину 2, волоконньй световод 3, фотоприемник 4, усилител 5, полосовые фильтры/ 6 и 7, настроенные на частоты И и 2 И. соответственно , регистрирующее устройство 8,

ханического давлени , вибраци и т.д.) коэффициенты п и п, а также длина сёетовода L могут измен тьс . Это приводит к по влению в соотношении (1) неконтролируемого дополнительного фазового сдвига к

гл - -(DO +OV, --j--O U)

фазовый детектор 9, Фильтр низкой частоты (ФНЧ) 10, интегратор 11, регулируемый исто|чник посто нного напр жени 12, невзаимньп1 фазосдвигающий элемент 13, генератор опорного напр жени (ГОН) 14, двигатель 15 вращающий гироскоп с угловой частотой Q .

Лазер 1, пластина 2, световод 3, фотоприемник 4 и невзаимный элемент 13 св заны между собой оптически.

Фотоприем ик 4 через усилитель 5 и фильтр 6 подключены к регистрирующему устройству 8. Кроме того, выход усилител 5 через фильтр 7, фазовый детектор 9, ФПЧ 10, интегратор 11 и регулируемый источник посто нного напр жени 12 подключены к невзаимному элементу 13.

Принцип действи гироскопа по сн етс фиг. 2, где штриховкой показана плоскость контура гироскопа. Ось вращени контура ОХ размещаетс перпендикул рно издср емому вектору угловой скорости $2и. В этом случае .угол между вектором и перпендикул ром к плоскости контура S зависит от времени t

(3)

0 Q.t,

где - углова скорость принудительного вращени .

Поскольку в контур гироскопа введен невзаимный фазосдвигающий элемент 13, внос ций между встречными волнами сдвиг 8гцэ, соотношение (2) с учетом формулы (3) принимает вид

&(., eosat, (4)

Сгде , -5,.

Таким образом, 1тформаци об измер емой угловой скорости заключена в амплитуде переменной составл ющей фазового сдвига. Вьщел лишь эту соетавл ющую и отфильтровыва посто нный Фл , можно исключить фазовьй сдвиг Y §0. на точность измевли ние сдвига рений, , Гироскоп работает следующим образом , С выхода лазера 1 излучение посту (пает на полупрозрачную пластину 2, где расщепл етс на два луча. Эти лучи попадают в противоположньх направлени х в световолоконный контур 3 с невзаимным элементом 13. На выходе

cos&q ic|),+B cos C +c g cosCt) , (5) где icpj, посто нна составл юща ф тотока; В - коэффициент, определ емый интенсивностью лучей и уг лами их падени на плоскость Лотокатода, 4 s.mCsDo е д Этот сигнал усиливаетс в усилит ле 5 и на выходе фильтра 6, настрое ного на частоту G , выдел етс нап р жение U(t)-B cosS2t, (6 Измер амплитуду этого напр жени , в устройстве 8, по известным коэффициентам В и с „ из этого соотн тени определ етс иско1 а углова скорость QJ,. Дл обеспечени посто нной и максимальной чувствительности прибора к Q.f необходимо непрерывно поддерживать условие 90,, при котором sin , След ща схема, обеспечивающа это условие, включает цепь: фильтр 7 настроенньп на частоту 2Q , - фазовы детектор - 9 ФНЧ10 - интегратор 11 регулируемый источник посто нного напр жени 12 - невзаимный фазосдвигающий элемент 13, Фильтр 8 вьщел ет на единичной нагрузке колебание частоты 2 Q, Этот сигнал подаетс на фазовый детектор 9, на второй вход которого поступает опорное напр жение U cos 2S2t от ГОН 14, На выходе ФНЧ 10 выдел етс лишь посто нна составл юща напр жени с фазового детектора 9 97 6 из световолокна эти лучи объедин ютс с помощью пластины 2 на плоскости фотоприемника 4. Одновременно с помощью двигател 15 начинаетс вращение гироскопа с угловой частотой Q Разность фаз двух оптических лучей, попадающих на фотоприемник А, определ етс формулой (4), Так как частоты обоих лучей на входе фотоприемнгпса одинаковы, его фототок описьшаетс формулой В cj а Цри , О - -- котора через интегратор 11 подаетс на источник напр жени 12, Под действием этого управл ющего сигнала напр жение источника 12 измен етс , вследствие чего измен етс и фазовый сдвиг SPK.g, вносимый невзаимным элементом 13. Это изменение будет продолжатьс до тех пор, пока Рд не станет кратным 90, В этом случае управл ющее напр жение (II) станет равным нулю (так как cos. 0) и одновременно ) TB CoQv,, n Ч;1 , поскольку sin Таким образом, амплитуда этого напр жени автоматически поддерживаетс максиь альной и посто нной при любых неконтролируемых изменени х фазового сдвига а х В регистрирующем устройстве 8 измер етс амплитуда напр жени (8), котора пропорциональна искомой угловой скорости о , Всд Таким образом, в предложенном гироскопе , в отличие от прототипа полностью отсутствует вли ние случайных колебаний фазы луча в световоде на точност: измерений угловой скорости. Кроме того, точность предлагаемого гироскопа повьщ1аетс за счет того, то измер етс амплитуда колебани азы. Ошибка измерени приращени

фазы современными средствами оцениваетс величиной около 10 рад, а ошибка измерени амплитуды колебани около . Поэтому точность гироскопа повьшаетс примерно на два пор дка.

fO

If

12

15

/

Ф1/, f

Claims

ЛАЗЕРНЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ГИРОСКОП, включающий лазер, оптически связанный через разделительную пластину и невзаимный элемент с волоконным световодом, Фотоприемник, усили- тень и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены генератор опорного напряжения,
2 , двигатель вращения лазерного гироскопа вокруг оси, перпендикулярной его оси чувствительности, подключенный к генератору опорного напряжения, первый полосовой фильтр, настроенный на частоту вращения гироскопа, и следящая система, выполненная в виде последовательно соединенных второго.по-, лосового Фильтра, настроенного на частоту генератора опорного напряжения, фазового детектора, фильтра низкой частоты, интегратора и регулируемого источника постоянного тока, выход которого соединен с невзаимным элементом, а выход усилителя соединен с входами первого и второго полосовых фильтров, при этом выход первого полосового Фильтра соединен с входом регистратора, а частота генератора опорного напряжения равна двойной частоте вращения гироскопа.