Оптические гироскопы - часть 28

 

  Главная      Учебники - Производство     

 

поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  26  27  28  29   ..

 

 

Оптические гироскопы - часть 28

 

 

 

113

Взаимная  фазовая  модуляция  приводит  в  общем  случае  к  модуляции 

интенсивности света I, падающего на фотоприемник (рис. 4.6).  

 

 

 

 

 

Рис. 4.6. 

При  отсутствии  скорости  вращения 

Ω имеем постоянный уровень ин-

тенсивности. При наличии 

Ω получаем модуляцию по частоте работы моду-

лятора 1/2

τ

0

. Выходной сигнал фотоприемника 

)

cos

1

(

s

i

ϕ

+

γ

=

  при модуля-

ции равен  

)

sin

1

(

)]

2

/

cos(

1

[

s

s

n

i

ϕ

γ

=

ϕ

+

π

+

γ

=

 

при 

0

0

)

1

2

(

2

τ

+

τ

n

t

n

)

sin

1

(

)]

2

/

cos(

1

[

s

s

i

ϕ

+

γ

=

ϕ

+

π

+

γ

=

 

при

0

0

)

1

(

2

)

1

2

(

τ

+

τ

+

n

t

n

)

sin(

2

s

i

ϕ

γ

=

 

Глубина  модуляции  определяется  величиной  φ

s

,  т.е.  полезный  эффект 

можно  определять  по  глубине  модуляции.  В  качестве  взаимного  фазового 
модулятора чаще всего используют цилиндр, выполненный из пьезокерамики 
на  который  намотано  несколько  витков  волокна.  При  подаче  на  стенки  ци-
линдра  напряжения  его  диаметр  изменится,  вследствие  обратного  пьезоэф-
фекта.  Модуляция  может  осуществляться  по  различным  законам.  В  случае 
прямоугольного  закона  модуляции  получаемый  выходной  сигнал  представ-
лен на рис. 4.6. При синусоидальном законе модуляции выходной сигнал фо-
топриемника имеет вид: 

[

]

[

]

.

)

cos

sin(

sin

)

cos

cos(

cos

)

cos

cos(

)

(

0

0

t

t

A

t

A

t

i

m

m

s

m

m

s

m

m

s

ω

ϕ

ϕ

ω

ϕ

ϕ

=

=

ω

ϕ

+

ϕ

=

 

Используя разложение в ряд по функциям Бесселя, получим 

 

114

[

]

.

...

3

sin

)

(

2

sin

)

(

2

sin

...]

2

cos

)

(

2

)

(

[

cos

)

(

3

1

0

2

0

0

+

ω

ϕ

+

ω

ϕ

ϕ

+

+

+

ω

ϕ

+

ϕ

ϕ

=

m

m

m

m

s

m

m

m

s

J

t

J

A

t

J

J

A

t

i

  

(4.4) 

Производя демодуляцию, т.е. выделяя составляющую на 1-ой гармонике час-
тоты  модуляции  в  выражении (4.4), получаем  сигнал  (постоянный  после 
фильтрации и выпрямления), пропорциональный синусу саньяковского сдви-
га фаз 

s

ϕ  и соответственно скорости вращения Ω: 

s

m

CJ

S

ϕ

ϕ

=

sin

)

(

1

Сигнал S полученный после демодуляции является полезным сигналом 

с очень стабильным нулем, поскольку изменения интенсивности света и ам-
плитуды модуляции дают по отношению к измеряемому (полезному) сигналу 
мультипликативный эффект, т.е. не вносят сдвига нуля (рис. 4.7). 

 

 

 

 

 

Рис. 4.7. 

Использование  взаимного  модулятора  является  очень  важным  факто-

ром, поскольку средняя величина периодически модулируемой разности фаз 
точно  соответствует  нулю.  При  использовании  рассмотренной  схемы  важен 
выбор  соответствующей  частоты  модуляции  для  исключения  паразитных 
ошибок,  обусловленных  дефектами  закона  модуляции.  При  использовании 
прямоугольного  закона  дефекты  могут  возникать  за  счет  остаточной  асим-
метрии, при работе с синусоидальным законом модуляции дефекты связаны, 
прежде всего, с наличием в модулирующем сигнале нелинейных искажений. 

Рассмотренная схема ВОГ с взаимной модуляцией обеспечивает очень 

хорошую стабильность нуля за счет сохранения взаимности волоконного ин-
терферометра.  Тем  не  менее,  использование  ВОГ  в  инерциальных  системах 
навигации подвижных объектов требует высокой точности во всем диапазоне 

 

115

угловых скоростей, а не только в районе нуля. В то же время из рис. 4.7 вид-
но, что демодулированный полезный сигнал является синусоидальным, в то 
время как требуется линейная выходная характеристика. 

Проблема обеспечения линейной выходной характеристики и работы в 

широком  диапазоне  скоростей  решается  посредством  создания  замкнутых 
схем обработки сигнала. В этом случае демодулированный сигнал использу-
ется в  качестве  сигнала ошибки, подающегося обратно в систему для выра-
ботки сигнала обратной связи, вводящего разность фаз 

fb

ϕ

, равную разности 

фаз за счет вращения (саньковская разность фаз) 

s

ϕ

 и противоположную ей 

по знаку (рис. 4.8). 

 

 

 

 

 

Рис. 4.8. 

В  такой  замкнутой  схеме  измеряемой  величиной  становится  разность 

фаз 

fb

ϕ

. Это обеспечивает линейность выходной характеристики и ее высо-

кую  стабильность,  поскольку  такой  сигнал  обратной  связи  не  зависит  от 
мощности света на фотодетекторе и коэффициента усиления в цепи фотопри-
емника. 
 

В  первых  вариантах  реализации  ВОГ  с  замкнутой  схемой  обработки 

сигнала  использовались  акустооптические  модуляторы,  обеспечивающие 
сдвиг частоты световой волны, поступающей в  катушку волокна.  Упрощен-
ная  схема  такого  ВОГ  приведена  на  рис. 4.9. Акустооптический  модулятор 
(АОМ) установлен, как и в предыдущей схеме ВОГ, около одного из концов 
волоконной  катушки.  Одна  из  световых  волн,  поступающая  от  источника 
света с частотой f

0

 на светоделитель, падает на АОМ, где сдвигается по час-

тоте  на  величину  f

М

  и  проходит  волоконную  катушку  с  частотой  f

0

+  f

М

.

Встречно  распространяющаяся  волна  проходит катушку  с  частотой  f

0

,  а  по-

 

116

сле этого проходит АОМ, сдвигается по частоте и попадает на фотодетектор 
(ФД). Таким образом, обе волны приходят на ФД с одинаковой частотой, но с 
разными набегами фазы за счет прохождения катушки с разными частотами.  

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.9. 

Волна, проходящая катушку волокна по часовой стрелке, испытывает допол-
нительный набег фазы за счет большей частоты. Поскольку набег фазы равен 
интегралу  от  частоты  за  время  наблюдения,  то  дополнительный  набег  фазы 
этой волны равен 

c

Ln

f

f

M

М

М

π

=

τ

=

φ

2

0

где 

τ

0

 – время обхода контура световой волной, n – коэффициент преломле-

ния волокна. Поскольку вторая волна проходит контур с частотой f

0

, разность 

фаз встречных волн после прохождения контура при отсутствии его враще-
ния  равна 

ϕ

=

φ

М

.

  При  наличии  вращения  разность  фаз  будет  определяться 

двумя составляющими: набегом фазы за счет модуляции и саньяковской раз-
ностью фаз (причем, как указывалось ранее, эти составляющие имеют разные 
знаки) 

⎟⎟

⎜⎜

λ

π

=

ϕ

τ

=

ϕ

c

R

f

f

n

L

f

M

s

M

2

2

0

0

Из  приведенного  выражения  следует,  что  изменением  частоты,  подаваемой 
на АОМ, можно добиться сведения разности фаз встречных волн после про-
хождения  контура  к  нулю,  как  этого  требует  замкнутая  схема  работы  ВОГ 
(рис. 4.8). Регулировка частоты производится за счет изменения напряжения, 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  26  27  28  29   ..