Устройство для измерения угловой скорости

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЫ 3 ВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

fIPN,ГКНТ СССР

1 (61) 803658 (21) 3406523/10 (22) 12.03,82 (46) 30.12.91. Бюл. Р 48 (71) Институт радиотехники и электроники АН СССР

f72) E.H.базаров, А.Т.Полухин, Е.И.Сверчков и Г.И.Телегин (53) 531 .776(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 803658, кл. С- 01 P 1/36, 1980.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано.для измерения угловой скорости.

Известно устройство дпя измерения угловой скорости по авт.св.Р 803658, содержащее источник когерентного оптического излучения> волоконный светодиод, свернутый в многовитковое, кольцо, устройство ввода и вывода оптического излучения, фазовый модулятор, фотоприемник, при этом фа- . зовый модулятор расположен на участ= ке светодиода, находящемся на рас- стоянии меньшем половины от одного из его входов, при этом частота фазовой модуляции определяется ус2С ловием И = — arcsin где С - ско2N рость света, N — показатель преломления волоконного световода. Волоконный фазовый модулятор представ-. ляет собой обычно пьезокерамическую

ÄÄSUÄÄ 1044171 A 2 (51)5 G 01 P 3/36

2 (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УГЛОВОЙ СКОРОСТИ по авт.св.Р 803658, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его точности при больших. скоростях и расширения динамическогс диапазона измеряемых угловых скоростей, оно снабжено импульсным блоком управления, первый модулирующий выход которого подключен к источнику когерентного оптического излучения, второй модулирующий выход - к фазовому модулятору, а выход коммутации - к фотоприемнику. пластинку, к которои приклеивается ипи прижимается волоконный световод.

При подаче переменного электрического напряжения на пьезокерамическую пластинку последняя на:инает колебаться в такт изменениям напряжения на ней и создавать продольные или поперечные механические напряжения в волоконном световоде, что приводит к фазовой модуляции света, проходящего по волоконному световоду. При работе фазового модулятора в волоконном световоде возникают акустические возмущения, которые рапространяются, от модулятора по волоконному световоду. Влияние распространяющихся по волоконному световоду упругих возмущений на волоконный световод таково, что оптический путь лучей, распространяющихся в том же направлении; что и направление движения упругих возмущений, отличается от оптического пути встречного

1044171

20 луча. Это приводит к снижению точ- ности устройства.

Цель изобретения - повышение точности устройства при больших скоростях и расширение динамического диапазона измеряемых угловых скоростей.

Цель достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено импульсным блоком управления, первый моду- .10 лирующий выход которого подключен к источнику когерентного излучения, второй модулирующий выход - к фазовому модулятору, а выход коммута- ции - к Фотоприемнику. t5

На Фиг.l представлена схема устройства, на Фиг.2-1Î - временные и

Фазовые диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит источник ол" тического излучения 1, оптически согласованного с волоконным световодом 2 через устройство 3 ввода"вывода излучения в светодиод (из све" 25 тодиода1, прдставляющего собой делительную пластинку, На выходе световода 2 устанс:влен фотоприемник 4.

Устройство также содержит фазовый модулятор 5 и импульсный блок 6 управления, первый основной модулирующий выход которого подключен к источнику 1 оптического излучения, второй дополнительный модулирующий выход - к фазовому модулятору 5, а выход коммутации - к Фотоприемнику 4.

Устройство для измерения угловой скорости работает следующим образом.

Последовательность импульсов от источника оптического излучения 1, мо« дулированного с помощью импульсного блока 6 управления (Фиг.2) поступает на устройство ввода и выво" да оптического излучения 3;. с помощью которого делится на два луча равной интенсивности и направляется на торцы волоконного световода 2, так что в световоде 2 распространяются две волны навстречу. друг другу.

При этом часть излучения источника оптического излучения отражается от торцов волскна 2 и попадает на фотоприемник 4, который в этот момент заперт, так как отсутствуют отпирающие егс импульсы .(Фиг.3), и таким образом исключается влияние отраженного лазерного излучения на точность измерения угловых скоростей.

Выходящее из концов световода из-"

/ лучение через время запаздывания (фиг.4), равное времени прохождения света по волокну 2, снова попадает на устройство 3 ввода-вывода излучения и направляется им на фотоприемник, который открывается импульсами (фиг.3), поступающими с импульсного блока 6 управления. В фотоприемнике появляется импульсный сигнал длительностью ац (Фиг.4), соответствующей длительности импуль" сов оптического источника излучения (фиг.2)., интенсивность которых является функцией измеряемой угловой скорости. Длительность периода следования импульсов с, определяетл ся временем распространения света по волокну о, длительностью импульса оптического источника излучел ния сц и выбирается несколько большим их суммы (О,р+ь ); В те:ение времени Т (фиг.4) в интервале времени t - t1 (Фиг.2) осуществляет-. ся амплитудная индикация угловой скорости. Сигнал амплитудной индикации в Фотоприемнике 4 усиливается, фильтруется, детектируется и поступает на регистрацию. В момент времени t< (фиг.2) импульсный блок

6 управления включает Фазовый модулятор 5. Модуляция осуществляется в .течение времени Т2 (Фиг,5) в и -тервале времени tr - t< (Фиг.2). Импульсный режим индикации осуществляется, как и при отсутствии фазовой модуляции, пода чей отпирающих импульсов (фиг.6) с импульсного блока 6 управления. Импульсы сигнала в этом случае прсмодулированы с частотой фазовой модуляции (фиг.7), и при детектировании полярность сигнала на выходе детектора будет зависеть от направления измеряемой угловой скорости.

На диаграмме (фиг.8) приведена зависимость изменения выходного сигнала.от угловой скорости при индикации ее по изменению ампгитуды импульсов. На диаграмме (Фиг,9) приведена та же зависимость при индикации ее по изменению амплитуды и полярности модулирующего импульса сигнала частоты фазовой модуляции.

При линейно возрастающей скорости

Q,(t) (Фиг.10) зависимости на фиг.8 и 9 являются соответственно косинусоидой и синусоидой. Таким

1044171 образом, данное устройство позволяет определять значение угловой скорости в период времени Т, (Фиг.4), когда не работает фазовый модулятор и не вносится погрешностей в это опредегение, и в другой период времени Т (фиг.5), когда работает фазо- вый модулятор.

Следующий цикл измерений начина":: ется с задержкой Т . Пауза выбрана. из условий эффективного затухания механических возмущений, распространяющихся по волокну при работе фазового модулятора . Например, при длине волокна L = 1000 м импульсы имеют следующие параметры: (> 3,33 к х 10" сек, Ф1 = 10 ° 10 сек. ь w 5х к10с, Т =Т =1 10 с, Т,=5к .к 1О с. 20

Изменение угловой скорости происходит в двух различных режимах: 1) режим с фазовой модуляцией обеспечи< вает высокую точность при малых скоростях вращения; 2) режим импульс- 25 ной амплитудной модуляции - при более высоких. скоростях. Одновременно использование двух таких режимов позволяет обеспечить увеличение динамического диапазона в сторону больших угловых скоростей с сохранением чувствительности. При работе фазового модулятора максимальная чувствительность достигается при малых скоростях вращения, когда сдвиг Фазы в предло-, женном устройстве составляет величину не более десятков градусов. При сдвиге фазы (+U/2)n (n — целое число) чувствительность минимальна, а при индикации сигнала по изменению амплитуды импульсов максимальная чувствительность достигается как раз тогда, когда сдвиг Фазы в устройстве равен (+U/2)n. При измерении сигнала в широком динамическом диапазоне изменения скоростей он меняется по синусоиде в первом случ-е (фазовая модуляция) и по косинусоиде во втором случае (амплитудно-импульсная модуляция).

Средняя точность остается одинаковой в широком диапазоне скоростей и близка к максимальной, так как в областях

А и В (эпюры фиг.8 и 9) достигается наибольшая крутизна изменения синусоиды и косинусоиды, что позволяет расширить динамический диапазон на несколько порядков. Из эпюр фиг.Я и 9 видно также, что с увеличением скорости чувствительности в областях А и В остаются одинаковыми ввиду периодичности функций (синусоиды и косинусоиды). Оценочное значение чувствительности устройства: за короткий период времени -10 угл.град/с, за длительный период - 10 угл.град/ч.

1044171

ЯИю

ФиИ

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор И.Пилипенко

Редактор 0.1)ркова

Заказ 4672 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Гагарина, 101