Волоконно-оптический гироскоп

 

Изобретение может быть использовано для определения угловой скорости в системах навигации. Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерений угловых скоростей, при обеспечении высокой точности и стабильности измерений. В гироскоп, содержащий источник 1 света, поляризатор 2, поляризационный расщепитель 5, кольцевой интерферометр 6, оптический модулятор 7, генератор 8 низкой частоты, фотодетектор 9 и синхронный детектор 10, дополнительно введены между поляризатором и поляризационным расщепителем элемент 3 с непрерывным круговым вращением поляризации, выполненный в виде квадрупольной электрооптической ячейки и фазовая анизотропная пластинка 4λ/4, а также перестраиваемый генератор 11 низкой частоты. 1 ил.

Изобретение относится к области лазерной гирометрии на основе волоконно-оптических кольцевых интерферометров и может быть использовано, например, в навигации. Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерений угловых скоростей при обеспечении высокой точности и стабильности измерений. На чертеже представлена блок-схема волоконно-оптического гироскопа. Описываемый волоконно-оптический гироскоп содержит источник 1 света, поляризатор 2, элемент 3 с непрерывным круговым вращением плоскости поляризации, выполненный в виде квадрупольной электрооптической ячейки, фазовая анизотропная пластинка 4 λ/4, поляризационный расщепитель 5, кольцевой интерферометр 6, выполненный в виде одномодового однополяризационного оптического волокна в виде замкнутой петли, оптический модулятор 7, генератор 8 низкой частоты, фотодетектор 9, синхронный детектор 10, перестраиваемый генератор 11 низкой частоты и индикатор 12. Гироскоп работает следующим образом. Луч света частоты ν от источника 1 (падающий луч), проходя через поляризатор 2, становится линейно поляризованным с вектором поляризации, ориентированным под углом, например, π /4 к плоскости чертежа, и направляется поляризатором 2 на элемент 3. Элемент 3 преобразует линейно поляризованный луч в луч с вращающейся частотой Ω плоскостью поляризации. Известно, что луч света, линейная поляризация которого вращается с угловой частотой Ω, эквивалентен двум циркулярно поляризованным лучам одинаковой интенсивности, но со сдвинутыми несущими частотами ν Ω и ν + Ω. Эти два циркулярно поляризованные луча с частотами ν Ω и ν + Ω пластинка 4 преобразует в лучи с взаимно ортогональными поляризациями и направляет их на расщепитель 5, который пространственно разделяет их и направляет в кольцевой интерферометр 6. Поскольку концы волокна повернуты относительно друг друга на угол π /2 вокруг оси волокна, то лучи с взаимно ортогональными поляризациями возбуждают в них одну и ту же поляризационную моду. Это приводит к тому, что эти лучи с взаимно ортогональными поляризациями, пройдя кольцевой интерферометр 6, меняются местами и после обратного прохождения через расщепитель 5 и пластинку 4 вновь образуют один луч (отраженный луч), распространяющийся в обратном направлении. Разность фаз Δϕ на выходе кольцевого интерферометра между лучами с взаимно ортогональными поляри- зациями равна Δϕ Δϕ_o + 4 πΩτ + АСоsωt, где Δϕ_o набег разности фаз за счет вращения; 4 πΩτ слагаемое разности фаз между этими лучами, учитывающее, что частоты лучей различны, т.е. ν-Ω и ν+Ω где τ (L длина оптического волокна; n его показатель преломления; С скорость света в вакууме); АСоsωt модулированная разность фаз, обусловленная работой модулятора 7, расположенного асимметрично относительно поляризационного расщепителя 5. Отраженный луч, сформировавшийся в расщепителе 5 из лучей с взаимно ортогональными поляризациями, прошедшими во встречных направлениях кольцевой интерферометр 6, на выходе из пластинки 4 состоит из двух циркулярно поляризованных лучей с частотами ν Ω и ν + Ω Далее после прохождения в обратном направлении элемента 3 оба эти луча за счет частотного преобразования в элементе 3 (равномерно вращающейся пластинке λ /2) преобразуются в лучи с одной и той же частотой ν При этом плоскость поляризации результирующего линейно поляризованного отраженного луча, поступающего на поляризатор 2, поворачивается относительно плоскости поляризации падающего луча, вышедшего из поляризатора 2, на угол ΔΘ ΔΘ (Δϕ_o+Acosωt)-2πΩτ. Поляризатором 2 отраженный луч направляется на фотодетектор 9, вызывая в нем фототок I_ф≃ Sin -Δϕ_o-2πΩτ+ -Acosωt Величина фототока на первой гармонике частоты модуляции будет -Δϕ_o-2Cosωt При этом сигнал, пропорциональный амплитуде этой первой гармонике фототока, выделяемый синхронным детектором 10, поступает на перестраиваемый генератор 11 низкой частоты Ω. Его частота Ω изменяется таким образом, чтобы амплитуда фототока на первой гармонике стала равной нулю, т.е. Ω . Если учесть, что Δϕ_o= , где D диаметр намотки бухты из оптического волокна; λ длина волны света в вакууме, то угловая скорость вращения гироскопа Ω_вр= . Таким образом, искомая скорость вращения Ω_вр гироскопа связана линейно с частотой Ω генератора 11.

Формула изобретения

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП, содержащий последовательно установленные источник света, поляризатор, поляризационный расщепитель, кольцевой интерферометр, выполненный в виде одномодового однополяризационного оптического волокна в виде замкнутой петли, а также оптический модулятор, выполненный в виде волокна и расположенный асимметрично относительно поляризационного расщепителя, и систему регистрации, состоящую из фотодетектора, синхронного детектора и индикатора, при этом вход фотодетектора сопряжен с поляризатором, выход фотодетектора соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора низкой частоты, первый выход которого соединен с оптическим модулятором, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерений угловых скоростей при обеспечении высокой точности и стабильности измерений, в него дополнительно введены последовательно расположенные и установленные между поляризатором и поляризационным расщепителем элемент с непрерывным круговым вращением плоскости поляризации, выполненный в виде квадрупольной электрооптической ячейки, и фазовая анизатропная пластинка λ/4, установленная под углом π/4/4 к главным осям расщепителя, а также перестраиваемый генератор низкой частоты, при этом выход синхронного детектора через перестраиваемый генератор низкой частоты соединен с индикатором, а первый и второй выходы перестраиваемого генератора низкой частоты соединены соответственно с первой и второй парой электродов квадрупольной электрооптической ячейки.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---