Сделай Сам Свою Работу на 5

Измерение угловых скоростей и перемещений





 

сигнал в одном из каналов сдвигают по фазе на p/2 (блок 4). Разностные сигналы с фазовых

детекторов 2 и 7 подаются на вход сервоприводов 1 и 6. Они поворачивают ЛГ (каждый в

своей плоскости) в направлении уменьшения управляющего сигнала. Когда управляющие

сигналы будут =0 вектор ΩMсовпадает с вектором Ω; в этом случае выходной сигнал

подают на блок 10, где по формуле 18 вычисляется искомая скорость.

Измерение углов поворота происходит аналогично измерению скорости, но требует

дополнительной обработки результатов.

 

 

Устройство ЛГ

Состоит из: источника излучения; резонатора; смесительного устройства; приемника;

блока обработки сигнала; блока питания; устройства начального разноса частот; устройства

стабилизации режимов работы.

Источник излучения

Используют два типа:

– газоразрядные трубки, закрытые входными окнами, расположенными под углом

Брюстера.

– Газовая среда, заполняющая резонатор.

Обычно используют HeNe смесь в соотношении от 1:5 до 1:15.

Резонатор

Кольцевойрезонатор – система зеркальных поверхностей, образующих замкнутый

контур, внутри которого находится источник излучения.



В резонаторе существуют излучения нескольких мод, обусловленные широкой полосой

усиления HeNe – смеси. С учетом того, что эти моды между собой не коррелированны,

сигнал на выходе гироскопа, работающего в многомодовом режиме, забит

комбинационными шумами.

Для повышения отношения с/ш лазер переводят в одномодовый режим.

 

Существует три способа обеспечения одномодовости в ЛГ:

1) уменьшение усиления активной среды до излучения одной моды.

Достоинства: простая реализация

Недостатки:

– резко уменьшается отношение с/ш;

– увеличивается чувствительность устройства к внешним воздействиям, вызывающим

нестабильность работы.

2) Обеспечение конфигурации и размеров таким образом, чтобы расстояния между

соседними модами было больше ширины полосы усиления активной смеси.

Метод реализуется введением сложных внешних устройств в резонатор. Поэтому,

несмотря на свою высокую эффективность, этот метод редко используется для подавления

продольных мод. Для подавления поперечных мод этот метод используют широко.



3) Введение дополнительных схем селекции.


 
 



 

1,2,3 – основной резонатор;

4,5 – вспомогательные зеркала.

Вспомогательный резонатор


 

(1,4,5,3)


 

является


 


 


 


 


селективной отражательной системой с коэффициентом

отражения ñ1453 (см. рис.), которая перекачивает энергию с

высших порядков мод в нулевой порядок.

Недостатки: увеличение зоны захвата.

 

Резонаторы, как правило, изготовляют моноблоками из

материалов с малым температурным коэффициентом

расширения. Как правило, это ситаллы, плавленый кварц.


Бывают трех– и четырехзеркальные резонаторы.

Достоинстватрехзеркальныхсистем: меньшая полоса захвата за счет меньшего

количества отражающих и рассеивающих элементов.

Достоинствачетырехзеркальныхсистем: большая чувствительность.

 

 

В резонаторе установлен катод и два анода. Катод изготовлен из алюминия или

низкоуглеродистой стали, а аноды – из молибдена или чистого никеля.

Встречное включение анодов предотвращает последствия эффекта Ленгмюра. Этот

эффект заключается в захвате световой волны движущейся плазмой, в результате чего

световая волна приобретает сдвиг фазы.

Два непрозрачных и одно прозрачное зеркало крепятся на торцах резонатора при

помощи оптического контакта, причем сферическое зеркало при сборке резонатора

юстируется путем сошлифовки торца резонатора.

Кольцевая диафрагма предназначена для подавления поперечных мод.

Геттер обеспечивает чистоту газовой смеси.

Через полупрозрачное зеркало излучение выводится в оптический смеситель.



L * α ³ β


Lmin – минимальная длинна резонатора;


min


П


α – коэффициент усиления активной среды;

β – коэффициент потерь в резонаторе.

 

Смесительные устройства

Крепятся на выходное окно и предназначены для обеспечения интерференции встречных излучений на выходе резонатора. Самым простым смесительным устройством является зеркало.

Недостаток данной схемы в том что часть излучения рассеивается зеркалом и попадает в резонатор, увеличивая полосу захвата; нежосткость конструкции.

 

Чаще всего используются призменные смесительные устройства, обеспечивающие надежность и жесткость.

 

Недостатки: невозможность определения направления поворота.

 

 

Приемники излучения

На сегодняшний день – только фотодиоды.

Особенности:

1) монохроматичность входного сигнала;

2) диапазон частот от нескольких до сотен Мгц.

Источники питания

Должны обеспечивать 1-2 кВт на метр разрядного промежутка.

Система стабилизации режимов работы

Как правило, стабилизируется температурный режим, а затем стабилизируется режим

работы по магнитным полям

Используется система стабилизации питания.

 

 

Достоинства: очнь высокие частоты подставки.

Недостатки: высокие требования к системе термостабилизации и магнитной защиты.

 

В гироскопах с неплоскими резонаторами используется эффект Зеймана. Он заключается расщеплении контура усиления активной среды под воздействием продольного магнитного поля на два симметричных контура, при этом более высокочастотный контур усиливает волну только с правосторонней циркуляцией, а низкочастотный- левосторонней.

В этом случае нет необходимости вносить в резонатор дополнительные элементы, достаточно только обеспечить продольное магнитное поле на определенном участке разрядного промежутка.

 

Основные характеристики

К ним относятся:

1) потенциальная точность;

2) Область однозначного отсчета;

3) Нелинейность выходной характеристики;

4) Смещение нуля;

5) Воспроизводимость;

6) Нестабильность.

 

 

2. Область однозначного отсчета:

Определяется диапазоном угловых скоростей, в котором каждому значению угловой

скорости соответствует единственное значение выходного сигнала гироскопа.

Определяется исходя из величины разноса соседних продольных мод в резонаторе.

Расстояние между соседними продольными модами:

 

Причинами смещения нуля являются:

– нестабильность внешних условий работы (нестабильность температуры и

магнитного поля);

– Нестабильность питающих напряжений;

– Нестабильность параметров резонатора.

Все гироскопы обладают смещением нуля кроме тех, которые работают в

динамическом режиме.

5. Воспроизводимость.

Определяется степенью идентичности выходного сигнала при измерении постоянной

скорости вращения одним и тем же прибором при различных его включениях, либо

однотипными приборами при их одновременной работе.

Воспроизводимость от включения к включению зависит от нестабильности

характеристик данного прибора и от неодинаковых условий измерения

Второй тип воспроизводимости от прибора к прибору определяется технологией

изготовления и юстировки приборов.

6. Нестабильность:

Определяется изменением выходного сигнала при измерении постоянной скорости

вращения одним и тем же прибором.

Различают кратковременную и долговременную нестабильность.

Причины кратковременной нестабильности – изменяющиеся условия работы прибора.

Долговременная нестабильность обусловлена, как правило, изменениями параметров

резонатора.

Например:

– «залечивание» микротрещин в материале резонатора;

– старение покрытия зеркал под воздействием плазмы

 

 

 

 

Основные погрешности ВОГ обусловлены влиянием неоднородностей волоконно-

оптической катушки на встречные волны:

– эффект Фарадея: вызывает дополнительные сдвиги фаз встречных волн.

Устраняется магнитным экранированием катушек или использованием

специальных волокон, сохраняющих направление поляризации излучения.

– Влияние двулучепреломления. Компенсируется использованием специальных

волокон.

– Высокочастотный эффект Керра: зависимость показателя преломления материала от

интенсивности излучения. Устраняется использованием специальных схем


автоподстройки


интенсивности


излучения


либо


использованием


суперлюминесцентных диодов.

– Влияние различных внешних факторов на свойства волоконной катушки. Это могут

быть магнитные, тепловые, акустические поля

 

 

 

 

 

Данное устройство работает следующим образом. Излучение He-Ne лазера 1 проходит через ячейки Брега 2 и 4. В ячейках сдвигается частота на величину f 1и f2. Далее излучение через направленный ответвитель 6 вводиится в резонатор 7. Таким образом в резонаторе распространяются две встречные волны с частотами n0+f2 и n0+f1. Устройство 11 подстройки длины резонатора изменяет длину резонатора таким образом, что она становится резонансной для частоты n0+f2. Генератор 5 по сигналу с блока управления 10 подстраивает частоту f1 таким образом, что она становится резонансной для волны распространяющейся по часовой стрелке. 8 и 9- приемники излучения. Таким образом, во вращающемся резонаторе распространяются две встречные волны, которые являются резонансными. Их разность Df= f1- f2 вычисляется в блоке 12 и является искомой разностной частотой.

В лазерном гироскопе встречные волны, приобретая разность частот, являются не резонансными и их разность вычисляется оптическим способом через интерференцию. В резонаторном ВОГ в резонатор вводятся уже резонансные частоты при данных условиях и разность частот уже заложена в электрических управляющих сигналах.

Если в волоконной катушке радиусом r находится m витков, то:

Можно сделать выводы:

1) Количество витков в волоконной катушке резонатора для двухчастотного ВОГа не влияет на чувствительность;

2) Т. к. n зависит от номера продольной моды излучения, то в двухчастотных ВОГ нужно использовать одномодовые волокна.

В резонаторе ВОГ в качестве источника излучения нужно использовать высокочастотный лазер. В то же время, выходная характеристика резонаторных ВОГ, в отличии от фазовых, линейна и выходной сигнал имеет частотную форму.

Физически используется 3 уровня конструктивного исполнения ВОГ:

1) Полностью объемные устройства;

2) Объемное исполнение с использованием планарных технологий;

3) Полностью волоконные.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.