Гетеродинный волоконный гирометр

 

ГЕТЕРОДИННЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ГИРОМЕТР , содержащий источник света, коль ,ценой волоконный контур, фотоприеннйк , вспомогательный радиочастотный генератор, фазометр и оптический делитель , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения угловой скорости и упрощения конструкции, в него введены светог водн1яй фазовый модулятор и электрическййгфильтр ,при этом первый вход вспомогательного радиочастотного генератора подключен,к световоДному фазовому модулятору , второй вход - к первому .} входу фазометра, а выход фотоприемника через электрический фильтр подклю . чен к второму входу фазометра.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Ощ Мй

Й:ОПУБЛИ Н щ)у G 01 С 19/64

ГООУДАРСТЩННЫЙ КОМИТЕТ.

ПРИ ГКНТ ССОР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕИИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТОЗЬС ГВУ, 1 ,(21) 3587478/23

)(zn 21.04.83 (46) 30-.01.92. Бюл, » 4 (72) В ..Ф.Фатеев и В.Б. Борцов - (53) 621.372.8(088.8) (56) Бухман А,В. и др, "Радиотехни..ка"; i. 4, 1982, с. 56-58. 9.Е; Т1з;ошрзоп а.о, — Арр1. Phys.

3wtt, .v. 33, И 1, 1978, р. 940. (54)(57) ГЕТТРОДИННЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ГИРОИГ Р, содержащий источник света, коль-, .цевой волоконный контур, фотаприем..ник,,вспомогательный радиочастотный

Изобретение относится к области измерительной техники, .а конкретно к измерителям угловой скорости.

Вольшйнство современных волоконных гйраметров выполняются либо ло гомодинной схеме, либо по схеме с компенсацией набега фазы вследствие эффекта

Саньяка путем:изменения частоты арного из встречных лучей. Приборы пер. вого типа не имеют непосредственного цйфроваго выхода и обладают ограничейз точностью. Приборы -второго ти.па требуют плавной перестройки частотй в давольно широком диапазоне.

-От этих недостатков свободны приборы гетеродинного типа, у которых частоты встречных волн постоянны и различны, а сдвиг Фаз измеряется на . раэнаетной частоте.

Известно устройство, которое со» держит лазер, несколько оптических делителей, кольцевой .волоконный контур» два вспомогательных генератора, подключенных к двум акуста-оптичес„5U„„1 Ш 555 генератор, фаэометр и .оптический ре-: литель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности опре- деления угловой скорости и упрощения конструкции, в него введены свето-. водншй фазовый модулятор и электричес" . кий фильтр, при этом первый вход вспамогательного радиочастотного генератора подключен к световодному фаэовому модулятору, второй вход - к первому 1 входу фазометра, а выход фотоприемни.ка через электрический Фильтр подклю-, чен к второму входу Фазометра. е ким ячейкам, два Фотоприемника и .фа-, зовый детектор. 1

Сдвиг частоты на Я, и Я выполня,ется с помощью акусто-оптических ячеек, работающих в диапазоне десят- Ф ков мГц. С помощью. оптических делителей лучи, выходящие иэ торцов волокна, абединяются на плоскостях фотоприемников. Выходные сигналы приемников имеют одну частоту, равную Я» — Я,- и сдвинуты по фазе на величину С (эффект Саньяка). Поскольку акусто-оптические ячейки используются в обоих каналах, та схема прибора по- . М лучается сложной. В этом недостаток устройства. ... Наиболее близким техническим реше-,. нием к изобретению является гетеро- а ." динис волоконный гирометр, который ee3 содержит. источник света, кольцевой волоконный контур, фотоприемник, вспомогательный радиочастотный гене-., ратор, фазометр и оптический делитель.

Недостаток прибора состоит В его сложности, которая объясняется необходимостью двухступенчатого преобразования частоты. Это вызвано тем, что .акусто-оптические ячейки работают на частотах не ниже десятков мГц, в то время как.для работы Ьазометра желательно иметь разность частот сигналов порядка 11есятков Гц.

1О

Целью изобретения является повыше.ние точности определения угловой скорости и упрощения конструкции.

Цель достигается тем, что в гетерОдинйый ВОЛОкОнны11 Гирометр» сОдер жащии источник света, кольцевой волоконный контур» фотоприемник, вспо-могательный радио1астотнь1й генератор, фазометр и оптический делитель, введены световодный Фазовый модулятор и электрический фильтр, при .этом первый вход вспомогательного радиочастотного генератора подключен к световодному фазовому модулятору, второй вход — к первому входу Фазометра, а 25 выход фотоприемника через электрический фильтр подключен к второму входу.

Фазометра.

На Ьиг. 1 изображена схема предла.гаемого гирометра; на Фиг. 2 — эпюры .напряжений.

Гирометр содержит источник 1 света частоты C0, оптический делитель 2 (волноводньп1 ответвитель), волоконный

1 контур 3 волоконны11 модулятор 4, »

35 вспомогательный генератор 5 колеба" ний специальной формы частоты Я и

2М» фотоприемник 6, электрический фильтр 7, настроенный на частоту 2Я» фазометр 8.

Источник 1 через делитель 2 подключен к одному из входов контура 3, .вблизи одного из концов которого включен невзаимный модулятор 4. К электрическому входу модулятора подключен выход генератора 5, с которого снимается пилообразное напряжение частоты Я . Другой его выход подключен к первому входу фазометра 8.Вход фотоприемника 6 подключен к выходу делителя 2 и через электрический фильтр 7 подключен к второму входу

Фазометра 8:.

Работа гирометра основана на том, что при подаче на невзаимный элемент пилообразного напряжения фаза изменяется по линейному закону, но с разными знаками для встречных волн.Это вызывает сдвиг »1астот встречных лу55 4 чей и в спектре их есть составляющие частотами ()о «+ 03 Qо + 2И и т.д. Од нако, если линейный сдвиг фазы за

,период пилообразного напряжения Т =

1/Я составляет 2 (1 рад, то частотный сдвиг будет точно равен +Я.

Работает гирометр следу1ощим образом. Оптический сигнал частоты Яо от источника 1.через делитель 2 попадает в торцы волоконного контура 3.

Обходя контур во встречных направлениях, оба луча приобретают постоянный фазовый сдвиг .+(вследствие эффекта

Саньяка. От генератора 5 на модулятор

4 поступает пилообразное напряжение частоты Я . Вследствие этого частоты встречных лучей приобретают сдвиг

+Я и полые их Фазы на плоскости фотоприемника составляют где t — текущее время.

1В результате интерференции на выходе фотоприемника б выделяется сиг)Ъ нал . с полной фазой 1 = Ч 1 — У,1 — 411 Я + 2(о, котоРый подаетсЯ на вход Ьазометра 8 через фильтр 7, настроенный на частоту 2И, На дру-. гой вход базометра от генератора 5 подается опорный сигнал с полной Фазой 4,„= 4 liQt. Фазометр выдает .сиг/1 нал, пропорциональный разности Ьаз

A =P - оп = 2(ф» где(о = — — я » g. — измеряемая .то С2 о» угловая скорость;

Б — площадь волоконного контура.

Невзанмный элемент может выпол)няться на основе эЬЬекта Фарадея и уже известна его конструкция, удобно соединяемая с оптическим волокном

Частоту Я удобно выбирать в пределах десятков и сотен Гц, что облегчает ее выделение фильтром.

Однако, кроме невзаимного прибора, можно использовать и обычный пьезоэлектрический Фазовый модулятор, работающий на эффекте фотоупругости и эйфекте растяжения волокна. При этом

Фаза должна изменяться по закону

P(t) = Со » где С вЂ” постоянный коэфйициент. Тогда частота изменяетdP ся во времени линейно Я = - = 2.С t, с1t

Поскольку модулятор установлен у

1111555

Техред д,.Кравчук Корректор.Л.Пилипенко

Редактор О. Яркова

Заказ 795 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", г. Ужгород, ул. Гагарийа, 101 одного конца волокна,то разность час-, тот встречных волн на плоскости фотоприемника составит Ь(Д= 2 C tIr, где

t> = 1rr/Ñ - .время рагпространения луа в световоде длиной 1 и с коэффициентом преломления и . Таким образом, подавая на обычный фазовый волоконный модулятор напряжение, изменяю!

1щееся по квадратичному закону (фиг.2),10 можно получить такой же эффект, как и на невзаимном модуляторе при ис.пользовании пилообразного напряжения.

Предлагаемый прибор значительно

l (rrpome прототипа и может быть реализоан в интегрально оптическом исполне нии. Поэтому его целесообразно исполь зовать для измерения угловых скоростей там, где.необходимы малые габариты прибора.

Предлагаемый прибор обладает также более высокой точностью, поскольку при исключении опного из генераторов и фотоприемника ошибки измерения, связанные с их шумами, также исключаются.