Волоконно-оптические гироскопы
В последние годы для измерения угловых скоростей стали интенсивно развивать технику волоконно-оптических гироскопов, которые по принципу действия близки кольцевым лазерным гироскопам. Те и другие не являются гироскопами в общепринятом смысле слова, поскольку не имеют вращающихся частей с большим моментом инерции, их включение происходит мгновенно.
В 1913 г. физик Саньяк осуществил эксперимент, подтвердивший эффект, названный его именем. Суть его состоит в том, что две электромагнитные волны, распространяющиеся навстречу друг другу по замкнутому оптическому пути (в волоконно-оптической петле), пройдут его за разное время, если эта петля при этом вращается относительно инерциального пространства.
Рис. 38. Принцип действия волоконно-оптического гироскопа
Рис. 39. Структурная схема волоконно-онтического гироскопа 1 - лазер; 2 - световод; 3 - поляризатор; 4 - направленный ответвитель; 5 - катушка волокна; 6 -7 - фазовый модулятор; 8 - генератор; 9 - детектор и усилитель.
Разность этих времен выражается в смещении интерферирующих волн друг относительно друга.
Рассмотрим принцип работы волоконно-оптического гироскопа по схеме, представленной на рис. 38.
Свет может распространяться по замкнутому кольцевому каналу из положения 1 в двух направлениях, показанных стрелками. Когда система находится в покое, лучи света, вышедшие из положения 1 в обоих направлениях, возвращаются в нее одновременно. Если же кольцевой канал поворачивается со скоростью (по часовой стрелке или против), то значения скорости движения света и кольцевого канала будут складываться или вычитаться. За время движения света по каналу положение 1 перейдет в положение 2 и в момент, когда один луч, посланный из положения 1 против часовой стрелки, придет в положение 2, другой луч (посланный по часовой стрелке) достигнет уровня, отстоящего от уровня 2 на расстояние 2 .
Регистрация сдвига фазы происходит с помощью волоконно-оптического гироскопа (рис. 39).
Одномодовое оптическое волокно свернуто в виде кольца и образует схему интерферометра Саньяка, в котором лазерный луч распространяется во встречных направлениях. Вращение гироскопа вокруг оси, перпендикулярной плоскости волокна, приводит к появлению невзаимного фазового сдвига:
где А - площадь одного витка в катушке гироскопа; N - число витков; Ω- угловая скорость вращения; λ- длина волны; с - скорость света.
Для достижения предельных значений чувствительности целесообразно максимально удлинить рабочий отрезок волокна, однако потери и обратное рассеяние, приводящие к дополнительным шумам, ограничивают наращивание рабочих длин.
В зарубежных источниках подчеркивается, что основные факторы шума подробно изучены, и создание волоконно-оптических гироскопов - дело ближайшего будущего. Гироскопические устройства на волоконно оптических элементах отличаются компактностью, малой массой и в перспективе будут обладать очень высокой чувствительностью. Достижению этой перспективы пока мешают шумы различной природы, поэтому для современных устройств чувствительность составляет 0,2 град/ч. Волоконно-оптические гироскопы изготавливают из дешевых компонентов, широко применяемых в ВОСП. Они обладают высокой надежностью. В настоящее время это направление активно развивается, но для того, чтобы волоконно-оптические гироскопы могли успешно конкурировать с лучшими современными гироскопами других типов, еще потребуются дополнительные проработки и исследования.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com