Широкодиапазонный волоконно-оптический измеритель угловой скорости

 

Изобретение относится к гироскопической и контрольно-измерительной технике и может быть использовано при разработке волоконно-оптических измерителей угловой скорости (ВОИУС). ВОИУС содержит оптическую цепь и устройство преобразования и выделения сигнала, формирующее с соответствующего знаку скорости выхода ВОИУС последовательность импульсов заданной длительности, частотой, пропорциональной скорости (фазе Саньяка). Оптическая цепь ВОИУС содержит последовательно соединенные путем сварки источник излучения, деполяризатор, входной разветвитель, оптическую интегральную схему в виде волноводного поляризатора и Y-образного волноводного распределителя с широкополосными фазовыми модуляторами на выходных плечах, измерительный волоконный контур и два фотоприемных модуля. При этом для снижения случайного дрейфа источник излучения выполнен в виде широкополосного суперлюминесцентного диода и охвачен двумя обратными связями. Первая обратная связь оптически связывает второй выход источника излучения с его входом через фотодиод второго фотоприемного модуля, и тем самым стабилизируется мощность излучения путем плавного изменения тока накачки источника. Кроме того, фотодиод второго фотоприемного модуля встроен в источник излучения. Вторая обратная связь соединяет датчик температуры (термистор) с микроохладителем (на основе эффекта Пельтье) через усилитель терморегулирования в виде последовательно соединенных мостового усилителя и усилителя мощности, тем самым стабилизируется температура источника излучения путем изменения направления тока через микроохладитель. Кроме того, микроохладитель и термистор, включенный в обратную связь мостового усилителя, встроены в источник излучения. Устройство преобразования и выделения сигнала содержит многоканальный формирователь синхронизирующих импульсов, усилитель-преобразователь прямоугольного напряжения, два фазочувствительных выпрямителя, преобразователь прямоугольного напряжения вспомогательной модуляции, преобразователь пилообразного напряжения компенсирующей модуляции, импульсный преобразователь, основной выход которого является выходом измерителя, и источник вторичного питания. Техническим результатом является обеспечение стабильности и линейности масштабного коэффициента ВОИУС в широком диапазоне скоростей, чувствительности и помехозащищенности, а также улучшение случайного дрейфа и цены импульса без ухудшения габаритно-массовых характеристик. 5 з.п.ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к гироскопической и контрольно-измерительной технике и может быть использовано при разработке волоконно-оптических измерителей угловой скорости (ВОИУС).

Аналогичные ВОИУС описаны в книге А.Г.Шереметьев Волоконно-оптический гироскоп, М., Радио и связь, 1987, стр.40-43, 120-147, [1].

Всеволоконные ВОИУС, выполненные по схеме минимальной структуры, при наличии вспомогательной и компенсирующей обратной связи, на основе встроенного волоконно-оптического фазового модулятора, должны обеспечивать низкий уровень случайного дрейфа, высокую чувствительность и линейность выходной характеристики ВОИУС.

Однако уровень случайного дрейфа, чувствительность, стабильность и линейность масштабного коэффициента ВОИУС зависит от температуры, габаритно-массовых характеристик и диапазона измеряемой скорости. В этом случае понижение случайного дрейфа осуществимо, например, путем стабилизации оптических характеристик источника излучения и применения оптических интегральных схем с использованием тонкопленочной волноводной техники. Улучшению чувствительности, стабильности и линейности масштабного коэффициента ВОИУС могут способствовать схемотехнические решения устройства преобразования и выделения составляющих выходного сигнала, формируемого на выходе фотоприемника при интерференции встречных волн излучения.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является Волоконно-оптический измеритель угловой скорости (патент №2112927, G 01 C 19/72, опубл. 10.06.98 г., Бюл. №16).

Данный измеритель содержит последовательно оптически связанные источник излучения, выполненный в виде широкополосного суперлюминисцентного диода, деполяризатор, устройство расщепления-соединения излучения, выполненное в виде последовательно оптически связанных входного разветвителя, поляризатора и контурного разветвителя из двухжильного анизотропного одномодового световода с сохранением поляризации, и измерительный волоконный контур, выполненный из одножильного анизотропного одномодового световода с сохранением поляризации в виде катушки с симметричной намоткой относительно середины общей длины с фазовыми модуляторами вспомогательной и компенсирующей модуляции на концах волоконного контура путем намотки световода на середину пьезокерамических преобразователей со скруткой каждого витка на π рад, первый фотоприемный модуль с дифференциальным выходом, фотодиодом, оптически связанный с третьим выходом входного разветвителя, второй выход которого оптически связан через фотодиод второго фотоприемного модуля с входом источника излучения, и устройство преобразования и выделения сигнала, вход которого соединен с выходом первого фотоприемного модуля, содержащее последовательно соединенные дифференциальные полосовые усилители с разделительными конденсаторами на дифференциальных выходах, фазочувствительный выпрямитель и аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом измерителя, а также источник вторичного питания, усилитель-преобразователь синусоидального напряжения высокой частоты, усилитель преобразователь синусоидального напряжения низкой частоты и многоканальный формирователь синхронизирующих импульсов, при этом фазочувствительный выпрямитель выполнен по схеме двойного синхронного детектирования и содержит суммирующий интегратор с подключенными к его входам двумя синхронными детекторами, каждый усилитель-преобразователь синусоидального напряжения содержит цепь последовательно соединенных интегратора, один из входов которого является входом усилителя-преобразователя, модулятора и полосового усилителя, выход которого является выходом усилителя-преобразователя, охваченную отрицательной обратной связью, включающую выпрямитель, причем выходы формирователя синхронизирующих импульсов соединены с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя, синхронных детекторов фазочувствительного выпрямителя, модуляторов и выпрямителей усилителей-преобразователей синусоидального напряжения высокой и низкой частоты, выходы которых соединены с фазовыми модуляторами вспомогательной и компенсирующей модуляции соответственно, а вход усилителя-преобразователя синусоидального напряжения низкой частоты соединен со вторым выходом фазочувствительного выпрямителя, при этом синхронизирующие импульсы на управляющих входах фазочувствительного выпрямителя имеют длительность менее полупериода и сдвинуты относительно друг друга на нечетное число полупериодов частоты модулирующего сигнала фазового модулятора вспомогательной модуляции, а частота модулирующего сигнала фазового модулятора компенсирующей модуляции много меньше и кратна частоте модулирующего сигнала фазового модулятора вспомогательной модуляции.

Основным недостатком описанного ВОИУС является недопустимый уровень погрешности масштабного коэффициента при расширении диапазона измерения угловой скорости.

Задачей предлагаемого изобретения является понижение уровня погрешности масштабного коэффициента малогабаритного широкодиапазонного ВОИУС. Поставленная задача выполняется следующим образом.

В ВОИУС, содержащий измерительный волоконный контур, выполненный из одножильного анизотропного одномодового световода с сохранением поляризации в виде катушки с симметричной намоткой относительно середины общей длины, источник излучения, выполненный в виде широкополосного суперлюминисцентного диода, деполяризатор, устройство расщепления-соединения, два фотоприемных модуля, фазовые модуляторы вспомогательной и компенсирующей модуляции, устройство преобразования и выделения сигнала, включающее многоканальный формирователь синхронизирующих импульсов, первый фазочувствительный выпрямитель с двумя управляющими входами, импульсный преобразователь, один из выходов которого является выходом измерителя, и источник вторичного питания, при этом первый фазочувствительный выпрямитель выполнен по схеме двойного синхронного детектирования в виде суммирующего интегратора, к входам которого подключены два синхронных детектора, управляющие входы которых соединены с выходами формирователя синхронизирующих импульсов, причем синхронизирующие импульсы на управляющих входах первого фазочувствительного выпрямителя имеют длительность менее полупериода и сдвинуты относительно друг друга на нечетное число полупериодов частоты вспомогательной модуляции, введены термистор и микроохладитель на основе эффекта Пельтье, встроенные с фотодиодом второго фотоприемного модуля в источник излучения, усилитель терморегулирования, выполненный в виде последовательно соединенных мостового усилителя (книга Б.К. Нестеренко. Интегральные операционные усилители, М.: Энергоиздат, 1982, рис.27в, стр.41, [2]), с термистором в обратной связи, и усилителя мощности, выходом подключенного к микроохладителю, устройство расщепления-соединения выполнено в виде входного разветвителя и оптической интегральной схемы (книга Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики. Л.: Энергоиздат, 1990, стр.126-130, [3]), содержащей волноводный поляризатор и Y-образный волноводный распределитель, в выходные плечи которого включены широкополосные фазовые модуляторы, оптически связанные с измерительным волоконным контуром, первый выход источника излучения оптически связан через деполяризатор с входом входного разветвителя, первый выход которого оптически связан с волноводным поляризатором, второй выход входного разветвителя оптически связан через отрезок многомодового световода с фотодиодом первого фотоприемного модуля с дифференциальным выходом и разделительным конденсатором на дифференциальных входах (Книга Ж.Аш и др. Датчики измерительных систем, М.: Мир, 1992, стр.168, [4], книга П.Хорвиц, У.Хилл, Искусство схемотехники, т.1, М., Мир, 1983, стр.451, [5]), второй выход источника излучения оптически связан через фотодиод второго фотоприемного модуля со своим входом, а в устройство преобразования и выделения сигнала дополнительно введены усилитель-преобразователь прямоугольного напряжения с дифференциальным выходом, выполненный по схеме двойного синхронного детектирования с одним управляющим входом в виде последовательно соединенных через синхронные детекторы (стр.397, [5]) двух дифференциальных усилителей с разделительными конденсаторами на дифференциальных входах, второй фазочувствительный выпрямитель с двумя управляющими входами и входом, через разделительный конденсатор, соединенный с одним из дифференциальных выходов усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения, преобразователь прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции с двумя управляющими входами, основным входом, соединенный с выходом второго фазочувствительного выпрямителя, и дополнительным входом - с выходом источника вторичного питания, преобразователь пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции с двумя управляющими входами и через первый фазочувствительный выпрямитель, с разделительными конденсаторами на входе, соединенный с выходом усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения, при этом по схеме с дифференциальным выходом выход преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции соединен с основным выходом преобразователя пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции через параллельно соединенные по двухтактной схеме широкополосные фазовые модуляторы вспомогательной и компенсирующей модуляции, дополнительные выходы преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции соединены с симметричными опорными входами импульсного преобразователя, дополнительным опорным входом соединенного с выходом источника вторичного питания и основным входом соединенного с дополнительным выходом преобразователя пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции, управляющими входами соединенного с двумя дополнительными выходами импульсного преобразователя, выходы многоканального формирователя синхронизирующих импульсов соединены с управляющими входами синхронных детекторов усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения и второго фазочувствительного выпрямителя, а также с управляющими входами коммутаторов преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции и схемы управления источника вторичного питания, при этом синхроимпульс на управляющем входе усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения имеет длительность менее времени обхода светом измерительного волоконного контура с интервалом следования, равным сдвигу синхроимпульсов на управляющих входах синхронных детекторов фазочувствительных выпрямителей и половине длительности синхроимпульса на одном из управляющих входов преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции с интервалом следования, равным интервалу следования синхроимпульсов на управляющих входах второго фазочувствительного выпрямителя, синхроимпульс типа меандр скважностью два на втором управляющем входе преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции имеет интервал следования, равный периоду частоты вспомогательной фазовой модуляции, кратного интервалу следования синхроимпульсов на управляющих входах фазочувствительных выпрямителей.

Второй фазочувствитеельный выпрямитель может быть выполнен по схеме двойного синхронного детектирования в виде интегрирующего сумматора-вычитателя (рис.26а, стр.39, [2]), подключенного к входу выпрямителя инвертирующим входом через два параллельно соединенных синхронных детектора и неинвертирующим входом - через пассивный фильтр, при этом выход сумматора-вычитателя является выходом второго фазочувствительного выпрямителя.

Преобразователь прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции может содержать цепь из последовательно соединенных суммирующего усилителя, входы которого являются входами преобразователя, и инвертора, выходы которых являются дополнительными выходами преобразователя и соединены со входами двух последовательно-параллельных коммутаторов (книга У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника, М.: Мир, 1983, рис.17.1в, стр.276, [6]) с делителями напряжения на одном из входов, при этом выходы коммутаторов, управляющий вход которых является первым управляющим входом преобразователя, соединены со входами третьего последовательно-параллельного коммутатора, управляющий вход которого является вторым управляющим входом преобразователя, а выход является основным выходом преобразователя.

Преобразователь пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции может содержать интегратор с переменной крутизной, в котором один из входных последовательно соединенных резисторов шунтируется диодами, а интегрирующий конденсатор шунтируется ключом, управляющий вход которого является одним из управляющих входов преобразователя, при этом цепь входных резисторов через входной последовательно-параллельный коммутатор с инвертором на одном из входов соединен с входом преобразователя, дополнительный выход которого является выходом интегратора, а основной выход - выходом дополнительного последовательно-параллельного коммутатора с инвертором на одном из входов, соединенных через термокомпенсирующий усилитель с выходом интегратора, при этом управляющий вход коммутаторов является вторым управляющим входом преобразователя.

Импульсный преобразователь может быть выполнен в виде унифицированного самонастраивающегося устройства, содержащего компараторы, RS-триггеры, D-триггеры и двухвходовые логические элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ, при этом первый RS-триггер (ячейка памяти) входами подключен к выходам первого и второго компараторов, первые входы которых соединены с первым входом третьего компаратора и являются основным входом преобразователя, первый вход четвертого компаратора соединен через RC-цепочки с выходами первого и второго компараторов, вторые входы которых являются симметричными опорными входами преобразователя, второй вход третьего компаратора соединен с общей шиной, а второй вход четвертого компаратора является дополнительным опорным входом преобразователя, один из дополнительных выходов которого является выходом четвертого компаратора, соединенного с тактовым входом первого D-триггера (делителя частоты), второй RS-триггер (ячейка памяти) входами подключен к основным выходам второго и пятого D-триггера (формирователи импульсов заданной длительности), третий RS-триггер (ячейка памяти) входами подключен к основным выходам третьего и четвертого D-триггера (формирователи импульсов заданной длительности), при этом тактовые входы второго и третьего D-триггера подключены к выходам первого RS-триггера, тактовый вход четвертого D-триггера подключен к выходу третьего компаратора, соединенного с тактовым входом пятого D-триггера через первый, со сдвоенными входами, элемент ИЛИ-НЕ, инверсные выходы второго и третьего D-триггера подключены ко входам первого элемента И-НЕ, выходом соединенного с одним из входов второго элемента ИЛИ-НЕ, вторым входом соединенного с выходом второго элемента И-НЕ, входами подключенного к выходу третьего и четвертого элемента И-НЕ, при этом входы третьего элемента И-НЕ подключены к одному из выходов третьего RS-триггера и к основному выходу пятого D-триггера, а входы четвертого элемента И-НЕ подключены к одному из выходов второго RS-триггера и к основному выходу четвертого D-триггера, выход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с одним из входов третьего и четвертого элемента ИЛИ-НЕ, выходы которых являются выходом преобразователя, а вторые входы подключены к выходам первого D-триггера, соединенных с одним из входов пятого и шестого элемента ИЛИ-НЕ, вторыми входами подключенных к выходам первого RS-триггера, а выходами - ко входам седьмого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого является вторым дополнительным выходом преобразователя, при этом первый и третий RS-триггер выполнены из двух элементов ИЛИ-НЕ первые входы которых охвачены перекрестными связями, а вторые входы являются входами RS-триггеров, второй RS-триггер выполнен на базе D-триггера, управляющими входами соединенного с общей шиной.

Предлагаемый широкодиапазонный ВОИУС отличается от прототипа тем, что выход источника излучения оптически соединен первой обратной связью с его входом через встроенный в источник фотодиод второго фотоприемного модуля, кроме того, источник излучения охвачен второй обратной связью, содержащей датчик температуры (термистор), соединенный с микроохладителем (на основе эффекта Пельтье) через усилитель терморегулирования в виде последовательно соединенных мостового усилителя и усилителя мощности, при этом микроохладитель и термистор, включенный в обратную связь мостового усилителя, встроены в источник излучения, устройство расщепления-соединения выполнено в виде входного разветвителя и оптической интегральной схемы, содержащей волноводный поляризатор и Y-образный волноводный распределитель, в выходные плечи которого включены широкополосные (ш/п) фазовые модуляторы, оптически связанные с измерительньм волоконным контуром с длинной световода L≤C/2fn, где С - скорость света в вакууме, n - коэффициент преломления световода, f<l/2r - частота сигнала вспомогательной фазовой модуляции прямоугольной формы, r - время обхода светом измерительного контура, при этом второй выход входного разветвителя оптически связан через отрезок многомодового световода с фотодиодом, с обратно приложенным напряжением смещения, первого фотоприемного модуля с разделительными конденсаторами на дифференциальных входах, в устройство преобразования и выделения сигнала дополнительно введены усилитель-преобразователь прямоугольного напряжения с дифференциальным выходом, выполненный по схеме двойного синхронного детектирования с одним управляющим входом в виде последовательно соединенных через синхронные детекторы двух дифференциальных усилителей с разделительными конденсаторами на дифференциальных входах, второй фазочувствительный выпрямитель с двумя управляющими входами, входом через разделительный конденсатор соединенный с одним из дифференциальных выходов усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения, преобразователь прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции с двумя управляющими входами, соединенный основным входом с выходом второго фазочувствительного выпрямителя и дополнительным входом - с выходом источника вторичного питания, преобразователь пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции с двумя управляющими входами, соединенный входом, через первый фазочувствительный выпрямитель с разделительными конденсаторами на входе, с выходом усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения, при этом по схеме с дифференциальным выходом основной выход преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции соединен с основным выходом преобразователя пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции через параллельно соединенные по двухтактной схеме широкополосные фазовые модуляторы вспомогательной и компенсирующей модуляции, дополнительные выходы преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции соединены с симметричными опорными входами импульсного преобразователя, дополнительным опорным входом соединенного с выходом источника вторичного питания и основным входом соединенного с дополнительным выходом преобразователя пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции, управляющими входами соединенного с двумя дополнительными выходами импульсного преобразователя, выходы многоканального формирователя синхронизирующих импульсов соединены с управляющими входами синхронных детекторов усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения и второго фазочувствительного выпрямителя, а также с управляющими входами коммутаторов преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции и источника вторичного питания, при этом синхроимпульс на управляющем входе усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения имеет длительность менее времени обхода светом измерительного волоконного контура с интервалом следования, равным сдвигу синхроимпульсов на управляющих входах фазочувствительных выпрямителей и менее длительности синхроимпульса на первом управляющем входе преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции с интервалом следования, равным интервалу следования синхроимпульса на управляющих входах второго фазочувствительного выпрямителя, синхроимпульс типа меандр скважностью 2 на втором управляющем входе преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции имеет интервал следования, равный периоду частоты вспомогательной фазовой модуляции, кратного интервалу следования синхроимпульсов на управляющих входах фазочувствительных выпрямителей.

Положительный результат изобретения заключается в понижении уровня погрешности масштабного коэффициента в широком диапазоне скоростей путем применения оптической интегральной схемы с широкополосными фазовыми модуляторами, выбора оптимальной длины измерительного волоконного контура и частоты фазовой модуляции, а также схемотехнических решений в части улучшения соотношения сигнал/шум, компенсации дрейфа фазовых сдвигов излучений и стабилизации мощности и температуры источника излучения.

Предлагаемый ВОИУС обеспечивает взаимосвязь с органами управления и отвечает общим требованиям по технике безопасности.

Совокупность существенных признаков заявленного устройства в процессе поиска известных технических решений в науке и технике не обнаружена.

Предлагаемое изобретение поясняется схемами, приведенными на Фиг.1-15.

На Фиг.1 приведена структурная схема ВОИУС, которая включает чувствительный элемент содержащий источник излучения 1, деполяризатор 2, входной разветвитель 3, оптическую интегральную схему 4, содержащую волноводный поляризатор П и Y-образный волноводный распределитель с широкополосными фазовыми модуляторами ФМ1 и ФМ2 на выходных плечах, измерительный волоконный контур (НВК) 5, первый фотоприемный модуль 6, соединенные путем сварки С1-С6, устройство преобразования и выделения сигнала содержащее многоканальный формирователь синхронизирующих импульсов 7, усилитель-преобразователь прямоугольного напряжения (ЧП) 8, первый фазочувствительный выпрямитель (ФИВ) 9, второй фазочувствительный выпрямитель 10, преобразователь прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции 11, преобразователь пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции 12, импульсный преобразователь 13 и источник вторичного питания 14, устройство стабилизации мощности излучения, содержащее второй фотоприемный модуль 15, выходом соединенный с источником 1, а входом - с встроенным в источник 1 фотодиодом, устройство стабилизации температуры, содержащее усилитель терморегулирования 16, выходом соединенный с микроохладителем, встроенным с термодатчиком в источник 1.

На Фиг.2 приведена принципиальная электрическая схема первого фотоприемного модуля 6.

На Фиг.3 приведена функциональная схема многоканального формирователя синхронизирующих импульсов 7.

На Фиг.4 приведена функциональная схема усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения 8.

На Фиг.5 приведена функциональная схема первого фазочувствительного выпрямителя 9.

На Фиг.6 приведена функциональная схема второго фазочувствительного выпрямителя 10.

На Фиг.7 приведена функциональная схема преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции 11.

На Фиг.8 приведена функциональная схема преобразователя пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции 12.

На Фиг.9 приведена принципиальная электрическая схема интегратора ИЗ преобразователя 12.

На Фиг.10 приведена функциональная схема импульсного преобразователя 13.

На Фиг.11 приведена принципиальная электрическая схема второго фотоприемного модуля 15.

На Фиг.12 приведена принципиальная электрическая схема усилителя терморегулирования 16.

На Фиг.13 приведена временная диаграмма работы ВОИУС.

На Фиг.14 приведена временная диаграмма работы ВОИУС при отклонении крутизны фазовых модуляторов ФМ1 и ФМ2.

На Фиг.15 приведена временная диаграмма работы импульсного преобразователя 13.

При измерении угловой скорости путем формирования в оптической цепи фазовых сдвигов встречных излучений, интерференции излучений и преобразования приращения интенсивности излучения в электрический сигнал в виде последовательности импульсов заданной длительности и частотой пропорциональной скорости, с соответствующего направлению движения выхода ИП13, предлагаемый ВОИУС работает следующим образом.

Излучение источника 1 (Фиг.1) попадает через последовательно оптически связанные деполяризатор 2 и входной разветвитель 3 на оптическую интегральную схему 4, где проходит поляризатор П и расщепляется Y-образным волноводным распределителем на два равных по интенсивности излучения, встречно распространяющиеся в ИВК5 и модулируемые, с противоположными фазовыми сдвигами, модуляторами ФМ1 и ФМ2.

При наличии сигнала V_в (1, Фиг.13) с основного выхода ПВМ11 (Фиг.7) встречные излучения, прошедшие за время τ контур ИВК5, имеют на его выходе фазовые сдвиги (2 и 3, Фиг.13). Затем встречные излучения повторно модулируются и имеют фазовые сдвиги (4 и 5, Фиг.13). При наличии расчетной амплитуды фазовых сдвигов (2 и 3, Фиг.13) между встречными излучениями, суммарная разность фаз Δϕ (6, Фиг.13) имеет (до момента t₁) вид суммы двух последовательностей кратковременных импульсов противоположного знака амплитудой π/2 рад, длительностью τ и частотой сигнала V_в (1, Фиг.13), при этом сдвиг между импульсами противоположного знака равен полупериоду частоты напряжения вспомогательной фазовой модуляции. При этом для слежения за крутизной фазовых модуляторов амплитуда фазовых сдвигов (2-5, Фиг.13) периодически кратковременно увеличивается в три раза.

При наличии фазы Саньяка Δϕ_с (момента t₁) суммарная разность фаз Δϕ (6, Фиг.13) имеет составляющую, соответствующую знаку и пропорциональную величине измеряемой скорости.

После интерференции встречных излучений в Y-образном волноводном распределителе приращение интенсивности излучения (7, Фиг.13) на втором выходе разветвителя 3 пропорционально COS Δϕ и имеет вид чередующихся уровней. При этом до момента t₁ имеем последовательность кратковременных уровней, равных нулю, а в интервале от момента t₁ до момента t₂ (момент полной компенсации фазы Саньяка) имеем последовательность кратковременных уровней, отличных от нуля. С момента t₂ суммарная разность фаз Δϕ (6, Фиг.13) и приращение интенсивности (7, Фиг.13) аналогичны последовательностям уровней до момента t₁.

Преобразование приращения интенсивности излучения (7, Фиг.13) в электрический сигнал V⁺_фм и V^-_фм осуществляется первым фотоприемным модулем 6 (Фиг.2). Последующее преобразование симметричных сигналов V⁺_фм и V^-_фм, аналогичных (7, Фиг.13) осуществляется при помощи синхроимпульсов Ф1-Ф8 (8-15, Фиг.13), подаваемых на управляющие входы функциональных узлов устройства преобразования и выделения сигнала с выходов формирователя синхронизирующих импульсов 7 (Фиг.3).

Синхроимпульс Ф1 (8, Фиг.13), подаваемый на управляющий вход синхронных детекторов усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения 8 (Фиг.4), имеет длительность менее времени τ обхода светом измерительного контура 5. Интервал следования синхроимпульса Ф1 (интервал следования низкого уровня при нормально замкнутых контактах синхронных детекторов Д1 и Д2) равен сдвигу между синхроимпульсами Ф2 (9, Фиг.13) и Ф3 (10, Фиг.13), подаваемых на управляющий вход синхронных детекторов Д3 и Д4 первого фазочувствительного выпрямителя 9 (Фиг.5), а именно нечетному числу полу периодов (один полупериод на Фиг.13) частоты сигнала V_в (1, Фиг.13) с основного выхода ПВМ 11 (Фиг.7).

Частота синхроимпульсов Ф2 (9, Фиг.13), Ф3 (10, Фиг.13), Ф4 (11, Фиг.13) и Ф5 (12, Фиг.13) кратна, а длительность менее полупериода частоты сигнала V_в (1, Фиг.13). При этом сдвиг синхроимпульсов Ф4 (11, Фиг.13) и Ф5 (12, Фиг.13), подаваемых на управляющий вход синхронных детекторов Д5 и Д6 второго фазочувствительного выпрямителя 10 (Фиг.6), менее длительности низкого уровня синхроимпульса Ф6 (13, Фиг.13), подаваемого на управляющий вход сдвоенного последовательно-параллельного коммутатора 1К преобразователя ПВМ 11 (Фиг.7). Частота следования низкого уровня синхроимпульса Ф6 (13, Фиг.13), подаваемого для трехкратного увеличения амплитуды фазовых сдвигов (2 и 3, Фиг.13), кратна частоте следования синхроимпульсов Ф7 и Ф8 (14 и 15, Фиг.13) типа “меандр” скважностью 2 на управляющем входе последовательно-параллельного коммутатора 2К преобразователя ПВМ 11 (Фиг.7) и схемы управления ИВП 14 (Фиг.1).

Таким образом, при подаче синхроимпульса Ф1 (8, Фиг.13) на управляющий вход УП 8 (Фиг.4) синхронные детекторы Д1 и Д2 осуществляют “выборку-хранение” переменной составляющей приращения интенсивности излучения (7, Фиг.13). На симметричных выходах УП8 формируются сигналы V⁺_уп (16, Фиг.13) и V^-_уп (17, Фиг.13) амплитудой пропорциональной SIN(Δϕ_c-Δϕ_к) и частотой, равной частоте сигнала V_в (l, Фиг.13).

При подаче синхроимпульсов Ф2 (9, Фиг.13) и Ф3 (10, Фиг.13) на управляющие входы первого фазочувствительного выпрямителя ФЧВ 9 (Фиг.5) синхронные детекторы Д3 и Д4 осуществляют через разделительные конденсаторы “выборку-хранение” сигналов V⁺_уп (16, Фиг.13) и V^-_уп (17, Фиг.13) соответственно. При этом на инвертирующем входе интегратора И1 (Фиг.5) осуществляется суммирование сигналов с выхода детектора Д3 (18, Фиг.13) и детектора Д4 (19, Фиг.13).

При подаче синхроимпульсов Ф4 (11, Фиг.13) и Ф5 (12, Фиг.13) на управляющие входы второго фазочувствительного выпрямителя ФЧВ 10 (Фиг.6) синхронные детекторы Д5 и Д6 осуществляют через разделительный конденсатор “выборку-хранение” сигнала V^-_уп (16, Фиг.13). При этом через фильтр низких частот с разделительным конденсатором на входе сигнал V^-_уп (16, Фиг.13) подается на неинвертирующий вход интегратора И2 (Фиг.6) и тем самым по дифференциальной схеме осуществляется суммирование сигнала с выхода фильтра низких частот с сигналами с выхода детектора Д5 (20, Фиг.13) и детектора Д6 (21, Фиг.13), что снижает приращение сигнала V_и2 с выхода второго ФЧВ 10 в момент трехкратного увеличения фазовых сдвигов (2 и 3, Фиг.13) в отсутствие дрейфа крутизны модуляторов ФМ1 и ФМ2 и тем самым уровень сигналов с основного и дополнительного выходов преобразователя ПВМ 11 (Фиг.7) будет неизменным.

Сигнал V_и1 (22, Фиг.13) с выхода интегратора И1 первого фазочувствительного выпрямителя ФЧВ9 (Фиг.6) преобразуется входным коммутатором 3К преобразователя ПКМ 12 (Фиг.8), управляемого сигналом ИУ с ИП 13 (Фиг.10), в знакопеременный сигнал V_ф1 (23, Фиг.13). Знак сигнала V_и1 (22, Фиг.13) зависит от знака скорости, а уровень - не только от величины скорости, но и от регулируемого по скорости коэффициента передачи интегратора И3 (Фиг.9) в ПКМ12 (Фиг.8), что улучшает соотношение сигнал/шум в широком диапазоне измеряемой скорости. А именно, коэффициент передачи интегратора И3 не только выставляется по команде переключателем диапазона (закорачивается резистор), но и снижается при нижнем пределе диапазона измеряемой скорости (шунтирование резистора диодами). Накопительный конденсатор интегратора И3 кратковременно шунтируется ключом, управляемым импульсом V_к4 для повышения быстродействия ВОИУС при изменении знака скорости. На выходе интегратора И3 формируется симметричный треугольной формы сигнал V_и3 (24, Фиг.13), амплитуда которого усиливается термокомпенсирующим усилителем УТ для обеспечения разности фаз Δϕ_к=2π рад в момент “сброса пилы” (сигнал Vп, 25, Фиг.13), формируемой коммутатором 4К преобразователя ПКМ 12 (Фиг.8), управляемого сигналом ИУ с ИП 13 (Фиг.10), при этом “наклон пилы” (сигнал Vп, 25, Фиг.13) определяется величиной скорости.

При наличии сигнала Vп (25, Фиг.13) на основном выходе ПКМ12 (Фиг.8) встречные излучения, прошедшие за время τ контур ИВК5, имеют на его выходах фазовые сдвиги (26 и 27, Фиг.13) и после повторной модуляции - фазовые сдвиги (28 и 29, Фиг.13).

Разность фаз Δϕ_к (30, Фиг.13), формируемая сигналом Vп (25, Фиг.13), подаваемым на фазовые модуляторы с основного выхода ПКМ 12 (Фиг.8), имеет вид составляющей уровнем равным и знаком противоположным фазе Саньяка, суммируемой с последовательностью кратковременных импульсов длительностью τ и амплитудой 2π рад, с частотой, пропорциональной скорости, а знаком, совпадающим со знаком фазы Саньяка.

Канал стабилизации масштабного коэффициента работает следующим образом. При отклонении амплитуды разности фаз Δϕ_в (1, Фиг.14) от расчетной величины изменяется суммарная разность фаз Δϕ (2, Фиг.14). При трехкратном увеличении амплитуды Δϕ_в (1, Фиг.14) синхроимпульсом Ф6 (3, Фиг.14), подаваемого на один из управляющих входов преобразователя ПВМ 11 (Фиг.7), приращение интенсивности излучения имеет составляющую в виде последовательности кратковременных импульсов, отличных от нуля, при Δϕ_с=Δϕ_к (4, Фиг.14) и при Δϕ_с ≠ Δϕ_к (5, Фиг.14).

В этом случае при преобразовании приращения интенсивности излучения (4 и 5, Фиг.14) в электрический сигнал с выхода преобразователя УП 8 (Фиг.4), управляемого синхроимпульсом Ф1 (6, Фиг.14), формируется через разделительный конденсатор сигнал при Δϕ_с=Δϕ_к вида (7, Фиг.14) и при Δϕ_с ≠ Δϕ_к вида (8, Фиг.14), подаваемый на вход синхронных детекторов Д4 и Д5 выпрямителя ФЧВ 10 (Фиг.6), управляемых синхроимпульсом Ф4 (9, Фиг.14) и Ф5 (10, Фиг.14). На выходе синхронных детекторов Д4 и Д5 формируются при Δϕ_с=Δϕ_к сигналы (11 и 12, Фиг.14) и при Δϕ_с ≠ Δϕ_к сигналы (13 и 14, Фиг.14). Сигнал с выхода фильтра низких частот при Δϕ_с=Δϕ_к вида (15, Фиг.14) и при Δϕ_с ≠ Δϕ_к вида (16, Фиг.14) суммируется по дифференциальной схеме с сигналами разных уровней с выхода синхронных детекторов Д4 и Д5 (11-14, Фиг.14). В обоих случаях приращение сигнала V₂ (17, Фиг.14) с выхода ФЧВ 10 (Фиг.6), суммируемое с сигналом от источника ИВП 14, изменяет уровень опорного напряжения ±V_oп и тем самым изменяется амплитуда сигнала V_в с выхода преобразователя ПВМ 11 (Фиг.7) и сигнала V_п с выхода преобразователя ПКМ12 (Фиг.8). При этом выставляется расчетная амплитуда разности фаз Δϕ_в=π/2 рад (1, Фиг.14) и разности фаз Δϕ_к=Δϕ_с рад в момент сброса пилы, следовательно, стабилизируется чувствительность и формируется непрерывный процесс компенсации фазы Саньяка и тем самым улучшается помехозащищенность ВОИУС. Кроме того, с изменением уровня опорного напряжения ±V_oп изменяется частота следования импульсов с выхода ВОИУС (выход ИП 13, Фиг.10) и тем самым совместно с усилителем УТ преобразователя ПКМ 12 (Фиг.8), компенсирующим дрейф фазы Саньяка, обеспечивается стабилизация масштабного коэффициента измерителя.

Формирование с соответствующего знаку скорости выхода импульсного преобразователя ИП 13 (Фиг.10) последовательности импульсов заданной длительности, частотой, пропорциональной скорости, а также управляющих сигналов, подаваемых на преобразователь ПКМ 12 (Фиг.8), поясняется временной диаграммой, приведенной на Фиг.15. При этом показан процесс самонастройки преобразователя, а именно состояние первого D-триггера (делителя частоты 1Д) и тем самым выхода ИП 13 соответствует знаку скорости с учетом состояния первого RS-триггера (ячейка памяти 1RS).

Пусть до момента времени t₁ положительному знаку скорости соответствует положительный уровень сигнала V_и1 (1, Фиг.15) с выхода ФЧВ 9 (Фиг.5), при этом на выходе первого D-триггера (1D, Фиг.10) уровень сигнала Л1 (2, Фиг.15) - ЛОГ.1, уровень сигнала Л1^- (3, Фиг.15) - ЛОГ.0. Если состояние первого RS-триггера (1RS, Фиг.10) по выходу α (4, Фиг.15) - ЛОГ.0, по выходу δ (5, Фиг. 15) - ЛОГ.1, тогда уровень сигнала Л2^- (6, Фиг.15) - ЛОГ.1, уровень сигнала Л2 (7, Фиг.15) - ЛОГ.0. Следовательно, уровень сигнала ИУ (8, Фиг.15) соответствует состоянию выхода α (4, Фиг.15) - ЛОГ.0, при этом знак сигнала V_ф1 (9, Фиг.15 ) на инвертирующем входе интегратора И3 преобразователя ПКМ12 (Фиг.8) соответствует знаку сигнала V_и1 (1, Фиг.15). Наклон сигнала V_и3 (10, Фиг.15) на выходе интегратора ИЗ - отрицательный, что обуславливает при достижении порога срабатывания компаратора К2 (Фиг.10) появление высокого уровня (ЛОГ.1) сигнала V_к2 (11, Фиг.15).

В этом случае состояние по выходу α (4, Фиг.15) - ЛОГ.1, по выходу δ (5, Фиг.15) - ЛОГ.0, уровень сигнала Л2^- (6, Фиг.15) - ЛОГ.0, уровень сигнала ИУ (8, Фиг.15) - ЛОГ.1. Знак сигнала V_ф1 (9, Фиг.15) устанавливается противоположным знаку сигнала V_и1 (1, Фиг.15). Наклон сигнала V_и3 (10, Фиг.15) становится положительным, что обуславливает при достижении порога срабатывания компаратора К1 (Фиг.10) появление высокого уровня (ЛОГ.1) сигнала V_к1 (12, Фиг.15). Вновь состояние первого RS-триггера (1RS, Фиг.10) по выходу α (4, Фиг.15) - ЛОГ.0, по выходу δ (5, Фиг.15) - ЛОГ.1, тогда уровень сигнала Л2^- (6, Фиг.15) - ЛОГ.1, а уровень сигнала ИУ (8, Фиг.15) - ЛОГ.0. При этом фаза сигнала ИУ (8, Фиг.15) определяется исходным состоянием первого RS-триггера (1RS, Фиг.10) и изменяется с частотой, определяемой наклоном сигнала V_и3 (10, Фиг.15).

При появлении ЛОГ.1 по выходу α (4, Фиг.15) или выходу δ (5, Фиг.15) на выходах второго или третьего D-триггеров (формирователи импульсов заданной длительности 2D и 3D, Фиг.10) соответственно формируются высокие уровни сигналов Л3 (13, Фиг.15) и Л4 (15, Фиг.15), при этом уровни сигналов Л3^- (14, Фиг.15) и Л4^- (16, Фиг.15) - ЛОГ.0 (кратковременно). На входе и выходе четвертого и пятого D-триггеров (4D и 5D, Фиг.10) формируются при смене знака сигнала V_и3 (10, Фиг.15) соответственно сигналы V_к3 (17, Фиг.15), V^- _к3(18, Фиг.15) и Л5 (19, Фиг.15), Л5^- (20, Фиг.15).

На выходе третьего RS-триггера (3RS, Фиг.10) уровень сигнала Л6 (21, Фиг.15) - ЛОГ.1 с момента высокого уровня (ЛОГ.1) сигнала Л4 (15, Фиг.15) и ЛОГ.0 с момента высокого уровня (ЛОГ.1) сигнала Л5 (19, Фиг.15). На выходе второго RS-триггера (2RS, Фиг.10) уровень сигнала Л7 (22, Фиг.15) - ЛОГ.1 с момента высокого уровня (ЛОГ.1) сигнала Л3 (13, Фиг.15) и ЛОГ.0 с момента высокого уровня (ЛОГ.1) сигнала Л5^- (20, Фиг.15). При высоком уровне (ЛОГ.1) сигналов Л5^- (20, Фиг.15) и Л6 (21, Фиг.15) уровень сигнала Л8 (23, Фиг.15) на выходе третьей ячейки И-НЕ (И3^-, Фиг.10) - ЛОГ.0. Аналогично, при высоком уровне сигналов Л5 (19, Фиг.15) и Л7 (22, Фиг.15) уровень сигнала Л9 (24, Фиг.15) на выходе четвертой ячейки И-НЕ (И4^-, Фиг.10) - ЛОГ.0.

Если уровень сигнала Л8 (23, Фиг.15) или Л9 (24, Фиг.15) - ЛОГ.0, тогда на выходе второй ячейки И-НЕ (И2^-, Фиг.10) сигнал Л10 (25, Фиг.15) - ЛОГ.1. Аналогично, если уровень сигнала Л3^- (14, Фиг.15) или Л4^- (16, Фиг.15) - ЛОГ.0, тогда на выходе первой ячейки И-НЕ (И1^-, Фиг.10) сигнал Л11 (26, Фиг.15) - ЛОГ.1. При высоком уровне сигнала Л10 (25, Фиг.15) или Л11 (26, Фиг.15) уровень сигнала Л12 (27, Фиг.15) на выходе второй ячейки ИЛИ-НЕ (2 ИЛИ^-, Фиг.10) - ЛОГ.0. При этом если уровень сигнала Л1^- (3, Фиг.15) на выходе первого D-триггера (1D, Фиг.10) - ЛОГ.0, тогда на выходе третьей ячейки ИЛИ-НЕ (3 ИЛИ^-, Фиг.10) - ЛОГ.1.

Таким образом, с одного из выходов преобразователя ИП 13 (Фиг.10), соответствующего положительному знаку сигнала V_и1 (1, Фиг.15), при срабатывании компараторов К1-К3 (Фиг.10) формируется (до момента времени t₂) последовательность импульсов (28, Фиг.15) частотой, пропорциональной скорости.

Пусть в момент времени t₂ знак сигнала V_и1 (1, Фиг.15) изменится на противоположный, следовательно, изменится фаза сигнала V_ф1 (9, Фиг.15) и наклон сигнала V_и3 (10, Фиг.15). Однако при достижении сигналом V_и3 порога срабатывания компаратора (в нашем случае - К1, Фиг.10) опрокидывание первого RS-триггера (1RS, Фиг.10) при ЛОГ.0 по выходу α (4, Фиг.15) не происходит. При наличии высокого уровня сигнала V_к1 (12, Фиг.15) увеличивается сигнал V_к0 (30, Фиг.15) и при достижении порога срабатывания компаратора К4 (Фиг.10) шунтируется по сигналу V_к4 (31, Фиг.15) накопительный конденсатор в обратной связи интегратора И3. В этом случае сигнал V_и3 (10, Фиг.15) уменьшается до нуля, а на выходе первого D-триггера (1D, Фиг.10) устанавливается низкий уровень сигнала Л1 (2, Фиг.15) - ЛОГ.0 и высокий уровень сигнала Л1^- (3, Фиг.15) - ЛОГ.1. Учитывая, что состояние первого RS-триггера (1RS, Фиг.10) по выходу α (4, Фиг.15) - ЛОГ.0, по выходу δ (5, Фиг.15) - ЛОГ.1, тогда уровень сигнала Л2^- (6, Фиг.15) и уровень сигнала Л2 (7, Фиг.15 ) - ЛОГ.0.

При низком уровне сигнала Л1 (2, Фиг. 15) уровень сигнала ИУ (8, Фиг.15) соответствует состоянию выхода δ (5, Фиг.15) - ЛОГ.1, при этом знак сигнала V_ф1 (9, Фиг.15) на инвертирующем входе интегратора И3 преобразователя ПКМ12 (Фиг.8) противоположный знаку сигнала _и1 (1, Фиг.15). Наклон сигнала V_и3 (10, Фиг.15) на выходе интегратора И3 - отрицательный, что обуславливает при достижении порога срабатывания компаратора К2 (Фиг.10) появление высокого уровня (ЛОГ.1) сигнала V_к2 (11, Фиг.5). В этом случае состояние по выходу α (4, Фиг.15) - ЛОГ.1, по выходу δ (5, Фиг.15) - ЛОГ.0, уровень сигнала Л2 (7, Фиг.15) - ЛОГ.1, уровень сигнала ИУ (8, Фиг.15) - ЛОГ.0. Знак сигнала V_ф1 (9, Фиг. 15) соответствует знаку сигнала V_и1 (1, Фиг.15). Наклон сигнала V_и3 (10, Фиг.15) становится положительным, что обуславливает при достижении порога срабатывания компаратора К1 (Фиг.10) появление высокого уровня (ЛОГ.1) сигнала V_к1 (12, Фиг.15). В этом случае состояние первого RS-триггера (1RS, Фиг.10) по выходу α (4, Фиг.15) - ЛОГ.0, по выходу δ (5, Фиг.15) - ЛОГ.1, тогда уровень сигнала Л2 (7, Фиг.15) - ЛОГ.0, а уровень сигнала ИУ (8, Фиг.15) - ЛОГ.1.

Таким образом, при отрицательном знаке скорости уровень сигнала Л1 (2, Фиг.15) на выходе первого D-триггера (1D, Фиг.10) - ЛОГ.0, уровень сигнала ИУ (8, Фиг.15) соответствует уровню сигнала по выходу δ (5, Фиг.15) первого RS-триггера (1RS, Фиг.10) и при срабатывании компараторов К1-К3 (Фиг.10) аналогично положительному знаку скорости на выходе четвертой ячейки ИЛИ-НЕ (4 ИЛИ^-, Фиг.10) формируется последовательность импульсов частотой, пропорциональной скорости.

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический измеритель угловой скорости, содержащий измерительный волоконный контур, выполненный из одножильного анизотропного одномодового световода с сохранением поляризации в виде катушки с симметричной намоткой относительно середины общей длины, источник излучения, выполненный в виде широкополосного суперлюминесцентного диода, устройство расцепления-соединения, два фотоприемных модуля, деполяризатор, фазовые модуляторы вспомогательной и компенсирующей модуляции, устройство преобразования и выделения сигнала, включающее многоканальный формирователь синхронизирующих импульсов, первый фазочувствительный выпрямитель с двумя управляющими входами, импульсный преобразователь, один из выходов которого является выходом измерителя, и источник вторичного питания, при этом первый фазочувствительный выпрямитель выполнен по схеме двойного синхронного детектирования в виде суммирующего интегратора, к входам которого подключены два синхронных детектора, управляющие входы которых соединены с выходами формирователя синхронизирующих импульсов, причем синхронизирующие импульсы на управляющих входах первого фазочувствительного выпрямителя имеют длительность менее полупериода и сдвинуты относительно друг друга на нечетное число полупериодов частоты вспомогательной модуляции, отличающийся тем, что введены термистор и микроохладитель, встроенные с фотодиодом второго фотоприемного модуля в источник излучения, усилитель терморегулирования, выполненный в виде последовательно соединенных мостового усилителя, с термистором в обратной связи, и усилителя мощности, выходом подключенного к микроохладителю, устройство расщепления-соединения выполнено в виде последовательно оптически связанных входного разветвителя, поляризатора и контурного разветвителя, в выходные плечи которого включены широкополосные фазовые модуляторы, оптически связанные с измерительным волоконным контуром, первый выход источника излучения оптически связан через деполяризатор с входом входного разветвителя, первый выход которого оптически связан с волноводным поляризатором, второй выход входного разветвителя оптически связан через отрезок многомодового световода с фотодиодом первого фотоприемного модуля с дифференциальным выходом и с разделительными конденсаторами на дифференциальных входах, второй выход источника излучения оптически связан через фотодиод второго фотоприемного модуля со своим входом, а в устройство преобразования и выделения сигнала дополнительно введены усилитель-преобразователь прямоугольного напряжения с дифференциальным выходом, выполненный по схеме двойного синхронного детектирования с одним управляющим входом в виде последовательно соединенных через синхронные детекторы двух дифференциальных усилителей с разделительными конденсаторами на дифференциальных входах, второй фазочувствительный выпрямитель с двумя управляющими входами, входом через разделительный конденсатор соединенный с одним из дифференциальных выходов усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения, преобразователь прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции с двумя управляющими входами, основным входом соединенный с выходом второго фазочувствительного выпрямителя и дополнительным входом с выходом источника вторичного питания, преобразователь пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции с двумя управляющими входами и через первый фазочувствительный выпрямитель с разделительными конденсаторами на входе соединенный с выходом усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения, при этом по схеме с дифференциальным выходом основной выход преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции соединен с основным выходом преобразователя пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции через параллельно соединенные по двухтактной схеме широкополосные фазовые модуляторы вспомогательной и компенсирующей модуляции, дополнительные выходы преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции соединены с симметричными опорными входами импульсного преобразователя, дополнительным опорным входом соединенного с выходом источника вторичного питания и основным входом соединенного с дополнительным выходом преобразователя пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции, управляющими входами соединенного с двумя дополнительными выходами импульсного преобразователя, выходы многоканального формирователя синхронизирующих импульсов соединены с управляющими входами синхронных детекторов усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения и второго фазочувствительного выпрямителя, а также с управляющими входами последовательно-параллельных коммутаторов преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции и схемы управления источника вторичного питания, при этом синхроимпульс на управляющем входе усилителя-преобразователя прямоугольного напряжения имеет длительность менее времени обхода светом измерительного волоконного контура с интервалом следования, равным сдвигу синхроимпульсов на управляющих входах синхронных детекторов фазочувствительных выпрямителей и половине длительности синхроимпульса на одном из управляющих входов преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции с интервалом следования, равным интервалу следования синхроимпульсов на управляющих входах второго фазочувствительного выпрямителя, синхроимпульс типа "меандр" скважностью два на втором управляющем входе преобразователя прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции имеет интервал следования, равный периоду частоты вспомогательной фазовой модуляции, кратному интервалу следования синхроимпульсов на управляющих входах фазочувствительных выпрямителей.

2. Волоконно-оптический измеритель угловой скорости по п.1, отличающийся тем, что устройство расщепления-соединения выполнено в виде входного разветвителя и оптической интегральной схемы, содержащей волноводный поляризатор и Y-образный волноводный распределитель.

3. Волоконно-оптический измеритель угловой скорости по п.1, отличающийся тем, что второй фазочувствительный выпрямитель выполнен по схеме двойного синхронного детектирования в виде интегрирующего сумматора-вычитателя, подключенного к входу выпрямителя инвертирующим входом через два параллельно соединенных синхронных детектора и неинвертирующим входом через пассивный фильтр, при этом выход сумматора-вычитателя является выходом выпрямителя.

4. Волоконно-оптический измеритель угловой скорости по п.1, отличающийся тем, что преобразователь прямоугольного напряжения вспомогательной фазовой модуляции содержит цепь из последовательно соединенных суммирующего усилителя, входы которого являются входами преобразователя, и инвертора, выходы которых являются дополнительными выходами преобразователя и соединены со входами двух последовательно-параллельных коммутаторов с делителями напряжения на одном из входов, при этом выходы коммутаторов, управляющий вход которых является первым управляющим входом преобразователя, соединены со входами третьего последовательно-параллельного коммутатора, управляющий вход которого является вторым управляющим входом преобразователя, а выход является основным выходом преобразователя.

5. Волоконно-оптический измеритель угловой скорости по п.1, отличающийся тем, что преобразователь пилообразного напряжения компенсирующей фазовой модуляции содержит интегратор с переменной крутизной, один из входных резисторов которого шунтируется диодами, и интегрирующим конденсатором, шунтируемым ключом, управляющий вход которого является одним из управляющих входов преобразователя, при этом входные резисторы через входной последовательно-параллельный коммутатор с инвертором на одном из входов соединены с входом преобразователя, дополнительный выход которого является выходом интегратора, а основной выход – выходом дополнительного последовательно-параллельного коммутатора с инвертором на одном из входов, соединенных через термокомпенсирующее звено с выходом интегратора, при этом управляющий вход коммутаторов является вторым управляющим входом преобразователя.

6. Волоконно-оптический измеритель угловой скорости по п.1, отличающийся тем, что импульсный преобразователь выполнен в виде унифицированного самонастраивающегося устройства, содержащего компараторы, RS-триггеры, D-триггеры и двухвходовые логические элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ, при этом первый RS-триггер входами подключен к выходам первого и второго компараторов, первые входы которых соединены с первым входом третьего компаратора и являются основным входом преобразователя, первый вход четвертого компаратора соединен через RC-цепочки с выходами первого и второго компараторов, вторые входы которых являются симметричными опорными входами преобразователя, второй вход третьего компаратора соединен с общей шиной, а второй вход четвертого компаратора является дополнительным опорным входом преобразователя, один из дополнительных выходов которого является выходом четвертого компаратора, соединенного с тактовым входом первого D-триггера, второй RS-триггер входами подключен к основным выходам второго и пятого D-триггеров, третий RS-триггер входами подключен к основным выходам третьего и четвертого D-триггеров, при этом тактовые входы второго и третьего D-триггеров подключены к выходам первого RS-триггера, тактовый вход четвертого D-триггера подключен к выходу третьего компаратора, соединенного с тактовым входом пятого D-триггеров через первый со сдвоенными входами элемент ИЛИ-НЕ, инверсные выходы второго и третьего D-триггеров подключены к входам первого элемента И-НЕ, выходом соединенного с одним из входов второго элемента ИЛИ-НЕ, вторым входом соединенного с выходом второго элемента И-НЕ, входами подключенного к выходу третьего и четвертого элементов И-НЕ, при этом входы третьего элемента И-НЕ подключены к одному из выходов третьего RS-триггера и к основному выходу пятого D-триггера, а входы четвертого элемента И-НЕ подключены к одному из выходов второго RS-триггера и к основному выходу четвертого D-триггера, выход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с одним из входов третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ, выходы которых являются выходом преобразователя, а вторые входы подключены к выходам первого D-триггера, соединенным с одним из входов пятого и шестого элементов ИЛИ-НЕ, вторыми входами подключенных к выходам первого RS-триггера, а выходами – к входам седьмого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого является вторым дополнительным выходом преобразователя, при этом первый и третий RS-триггеры выполнены из двух элементов ИЛИ-НЕ, первые входы которых охвачены перекрестными связями, а вторые входы являются входами RS-триггеров, второй RS-триггер выполнен из D-триггера, управляющими входами соединенного с общей шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15