Оптические гироскопы - часть 14

 

  Главная      Учебники - Производство     

 

поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  12  13  14  15   ..

 

 

Оптические гироскопы - часть 14

 

 

 

57

(

)

(

)

,

4

2

cos

2

1

sin

4

cos

2

1

20

10

2

2

2

1

20

10

2

2

2

1

⎥⎦

⎢⎣

α

λ

π

ν

π

+

+

⎥⎦

⎢⎣

α

λ

π

+

+

=

x

t

E

E

E

E

x

E

E

E

E

I

 

т. е. для случая 

∆ν = 0 имеем в плоскости фотокатода неподвижные интерфе-

ренционные  полосы  (рис. 2.24), ширина  ко-
торых  

α

λ

α

λ

=

2

sin

2

d

Рассмотрим случай, когда частоты интерфе-
рирующих  волн  не  равны  друг  другу: 

0

ν

.  Запишем  условия  максимумов  и  ми-

нимумов  интерференционной  картины  для 

фазы 

Φ: 

=

π

+

π

=

α

λ

π

ν

π

=

Φ

,

2

,

1

,

0

min,

)

1

2

(

max;

2

sin

4

2

n

n

n

x

t

 

Из приведенного выражения следует, что интерференционная картина в слу-
чае неравенства частот интерферирующих волн перемещается относительно 
плоскости  фотокатода  вдоль  x.  Скорость  перемещения  полос  найдем,  про-
дифференцировав фазу 

Φ по времени: 

.

sin

2

sin

2

4

,

0

sin

4

2

ν

α

λ

=

α

ν

π

π

λ

=

=

α

λ

π

ν

π

dt

dx

dt

dx

 

Таким  образом,  по  направлению  перемещения  и  частоте  следования  интер-
ференционных  полос  можно  установить  соотношение  частот  двух  интерфе-
рирующих волн. Пусть 

0

0

20

10

I

E

E

E

=

=

=

, тогда 

⎥⎦

⎢⎣

α

λ

π

ν

π

+

=

)

4

2

(

cos

1

)

,

(

0

x

t

I

t

x

I

Рассмотрим результат регистрации интерференционной картины фото-

приемником,  перед  которым  расположена  ограничивающая  световой  поток 
диафрагма прямоугольной формы с размерами а по оси x и b – по оси y. Фо-
тоток  (ток  электронов,  выбиваемых  из  фотокатода  при  падении  на  него  фо 

фотонов света) равен 

I

i

γ

=

ф

, где 

ν

η

=

γ

h

e

η – квантовый выход фотокатода 

Рис. 2.24 

 

58

на частоте 

ν; e – заряд электрона; – постоянная Планка. Результирующий 

фототок находим интегрированием по освещенной площади S фотокатода 

.

)

2

cos(

2

)

2

sin(

1

)

4

2

cos(

1

)

4

2

cos(

1

)

,

,

(

J

0

2

2

0

2

2

2

2

0

ф

ф

ν

π

α

λ

π

α

λ

π

+

γ

=

⎥⎦

⎢⎣

α

λ

π

ν

π

+

γ

=

=

⎥⎦

⎢⎣

α

λ

π

ν

π

+

γ

=

=

γ

=

=

t

a

a

abI

dx

x

t

I

b

dxdy

x

t

I

dxdy

t

y

x

I

ds

i

a

a

a

a

b

b

S

S

 

 

Учитывая, что ширина интерференционной полосы 

α

λ

=

2

d

, получим 

ν

π

π

π

+

γ

=

)

2

cos(

)

sin(

1

0

ф

t

a

d

a

d

abI

J

Из этого выражения следует, что фототок имеет постоянную составляющую, 
пропорциональную площади диафрагмы перед фотоприемником, и перемен-
ную составляющую, амплитуда которой зависит 
от  отношения  a/d  как  функция 

x

x

sin

 (рис. 

2.25).  Из  рисунка  следует,  что  наиболее  выгод-
но  иметь  ширину  полосы,  много  большую  ши-
рины  диафрагмы.  Если  этого  добиться  по  ка-
ким-то  причинам  невозможно,  нужно  обеспе-
чить  выполнение  условия 

n

d

a

+

= 2

1

,  где  n – 

целое  число  (желательно  n  иметь  как  можно 

меньше). 
 

Для определения направления враще-

ния  используют  два  фотоприемника,  сдви-
нутых  друг  относительно  друга  по  коорди-
нате x на величину 

4

d

 (рис. 2.26). При та-

ком  размещении  фотоприемников  снимае-
мые  с  них  сигналы  разностной  частоты 
сдвинуты  по  фазе  на 90

°.  При  изменении 

J

ф

 

1

a/d

    Рис. 2.25 

d/4 

ФП1

ФП2 

x

d

Рис. 2.26 

 

59

направления вращения величина 

∆ν меняет знак, вследствие чего меняется и 

направление  движения  интерференционной  картины.  Соответственно,  изме-

няется и знак разности фаз сигналов, снимаемых с двух фотоприемников. Та-
ким образом, определение знака разности фаз фазовым детектором (ФД) дает 
информацию о направлении вращения КЛ. Наличие информации о направле-
нии  вращения  позволяет  производить  реверсивное  суммирование  периодов 
выходного сигнала ЛГ (т. е. суммирование с учетом знака направления вра-
щения). При этом выходной сигнал ФД используется для переключения вы-
ходного  сигнала  ЛГ  с  одного  входа  реверсивного  счетчика  на  другой  (рис. 
2.27).  После  разделения  сигнала  производится  счет  периодов  реверсивным 
счетчиком, который суммирует их с учетом знака. Реверсивный счет позво-
ляет правильно определять угловое перемещение объекта, на котором распо-
ложен ЛГ, при его движении с изменениями знака угловой скорости. 
 

2.8. Знакопеременное начальное смещение 

 

Использование ЛГ в навигационных системах требует от него возмож-

ности измерения малых скоростей вращения, лежащих в том числе и в облас-
ти  зоны  захвата.  На  первых  этапах  разработки  ЛГ  эта  задача  решалась  по-
средством  введения  искусственного  “начального”  расщепления  частот 
встречных волн (создания “подставки”) (рис. 2.28). При этом измерение ско-
рости  вращения 

Ω  производилось  с  использованием  очевидных  соотноше-

ний:  

.

)

(

1

,

н

н

ν

ν

=

ν

+

=

ν

K

K

 

Из этих выражений следует, что для обеспечения малой погрешности изме-
рений необходимо добиваться стабильности величины 

н

ν

∆  (подставки). Для 

реализации  начального  смещения,  в  принципе,  можно  использовать  любые 
невзаимные эффекты в резонаторе КЛ. Устройства, реализующие начальное 

Ключ 

ФП1 

ФП2 

 
ФД 

+  Реверсивный 
–    счетчик 

Рис. 2.27 

 

60

смещение, называются невзаимными элементами. При развитии лазерной ги-
роскопии  для  создания  невзаим-
ных  элементов  (НЭ)  использова-
лись  такие  явления,  как  эффект 
Физо,  эффект  Лэнгмюра,  эффект 
Фарадея.  Наиболее  широко  ис-
пользовались  НЭ  на  основе  эф-
фекта Фарадея, который состоит в 
изменении  коэффициента  пре-
ломления 

магнитооптической 

среды (в качестве такой среды обычно использовалась пластинка из плавле-
ного кварца) для света с круговой поляризацией при помещении этой среды в 
продольное магнитное поле. Встречные волны с ортогональными круговыми 
поляризациями  (направление  вращения  вектора  электрического  поля  в  про-
тивоположных  направлениях)  получают  набеги  фазы  с  противоположными 
знаками. Если собственными поляризациями кольцевого резонатора являют-
ся линейные поляризации, круговые поляризации создаются за счет установ-
ки с обеих сторон от магнитооптической среды пластинок 

λ/4, преобразую-

щих линейную поляризацию в круговую. 
 

Постоянное  начальное  смещение,  создаваемое  с  помощью  НЭ,  не  по-

зволяет  реализовывать  ЛГ  с  высокими  точностными  характеристиками.  Как 
правило,  нестабильность  дрейфа  ЛГ  с  НЭ  оказывается  в  лучшем  случае  на 
уровне 0,1 

°/ч. Причинами такой нестабильности дрейфа являются чувстви-

тельность  НЭ  к  изменению  температуры,  нестабильность  магнитного  поля, 
неточность  преобразования  поляризации  фазовыми  пластинками  и  ряд  дру-
гих эффектов. 
 

В настоящее время, чаще всего для уменьшения влияния связи встреч-

ных  волн  на  работу  ЛГ,  используется  метод  знакопеременного  начального 
смещения. Идея знакопеременного начального смещения состоит в том, что 
при  смещении  рабочей  точки  выходной  характеристики  КЛ  по  периодиче-
скому  закону  лазер  большую  часть  времени  находится  вне  зоны  захвата  и 
чувствует в это время входную скорость вращения (рис. 2.29). И лишь малую 
часть периода изменения начального смещения КЛ находится в зоне захвата. 
При этом, очевидно, что чем больше амплитуда изменения смещения и чем 
быстрее КЛ проходит через зону захвата, тем меньше влияние зоны захвата 

Ω 

н

ν

ν

Рис. 2.28  

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  12  13  14  15   ..