Способ стабилизации масштабного коэффициента волоконно- оптического гироскопа

 

Изобретение относится к области волоконной оптоэлектроники и может быть использовано при создании волоконно-оптических гироскопов и других датчиков физических величин на основе одномодовых световодов. Сущность изобретения: на электроды фазовых модуляторов в течение отрезка времени Т₁ подают постоянный уровень разности напряжений U₁, вносящий изменение фазы каждого из лучей кольцевого интерферометра на π/8 радиан, а в течение отрезка времени Т₂ – другой постоянный уровень разности напряжений U₂, с помощью которого вносится изменение фазы лучей на 3π/8 радиан. Импульсную последовательность разности фаз кольцевого интерферометра формируют с помощью коммутации электродов фазовых модуляторов с частотой f_к=1/2τ, где τ – время пробега лучей по световоду чувствительной катушки гироскопа. Техническим результатом является повышение стабильности масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа. 11 ил.

Изобретение относится к области волоконной оптоэлектроники и может быть использовано при создании волоконно-оптических гироскопов и других датчиков физических величин на основе одномодовых световодов.

Известен способ стабилизации масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа, описанный в работе [1]. Данный способ является одним из частных случаев способа, рассмотренного в описании к патенту на изобретение [2]. Волоконно-оптический гироскоп содержит в своем составе оптоволоконный кольцевой интерферометр и электронный блок обработки информации. Кольцевой интерферометр содержит источник излучения, первый волоконный делитель оптического луча, поляризатор, второй волоконный делитель оптических лучей, интегрально-оптический фазовый модулятор, волоконную чувствительную катушку и фотоприемник. Луч света поступает на один из входных концов первого волоконного делителя и делится им на два оптических луча примерно одинаковой интенсивности, один из которых поступает на вход поляризатора. После поляризатора луч света поступает также на один из входных концов второго делителя и делится им на два луча одинаковой интенсивности. Два луча света проходят фазовый модулятор и световод чувствительной катушки в двух взаимно противоположных направлениях и поступают вновь на второй делитель оптических лучей, который объединяет эти два луча в один луч. Часть объединенного луча поступает на поляризатор, а затем и на первый волоконный делитель. После первого волоконного делителя часть объединенного луча, прошедшего поляризатор, поступает на фотоприемник, на площадке которого, таким образом, образуется интерференционная картина. При вращении кольцевого интерферометра между лучами света, прошедшими через световод чувствительной катушки в двух взаимно противоположных направлениях возникает разность фаз Саньяка, которая выражается следующим образом:

где φ _S - разность фаз Саньяка,

R - радиус намотки световода чувствительной катушки,

L - длина световода чувствительной катушки,

λ - длина волны излучения источника,

с - скорость света в вакууме,

Ω (t) - угловая скорость вращения как функция времени.

Таким образом, мощность оптического излучения на фотоприемнике определяется выражением:

где P₀ - мощность интерферирующих на фотоприемнике лучей.

Наиболее распространенным в настоящее время способом обработки информации, поступающей с фотоприемника кольцевого интерферометра, является компенсационный метод считывания разности фаз Саньяка, который заключается во введении в оптическую схему так называемого элемента оптической обратной связи, с помощью которого осуществляется обнуление разности фаз Саньяка. В самом общем виде электронный блок обработки информации содержит в этом случае [1] демодулятор, генератор вспомогательной фазовой модуляции, фильтр, на вход которого поступает сигнал с демодулятора, после фильтра сигнал поступает на усилитель и далее на блок управления элементом оптической обратной связи. Выходом гироскопа служит сигнал, поступающий с блока управления на элемент оптической обратной связи.

При наличии прямоугольной вспомогательной фазовой модуляции с частотой f_м=1/2τ , где τ - время пробега световых лучей по световоду чувствительной катушки кольцевого интерферометра, сигнал на выходе демодулятора можно представить в виде

U_g=GP₀sinφ _m{φ _S(t)+φ _f(t)}, при φ _S(t)-φ _f(t)≈ 0

где G - коэффициент усиления демодулятора,

φ _m - амплитуда вспомогательной фазовой модуляции,

φ _f(t) - компенсирующее разность фаз Саньяка изменение разности фаз, вносимое элементом оптической обратной связи.

Наиболее часто в качестве элемента оптической обратной связи используется широкополосный интегрально-оптический фазовый модулятор, а сигнал, поступающий на него с блока управления представляет из себя ступенчатое пилообразное напряжение, формируемое цифровым способом. Цифровая ступенчатая пила имеет пиковое значение амплитуды U_2π , частоту f(t), высоту каждой ступеньки Δ U(t) и длительность каждой ступеньки T, выбираемой равной времени пробега лучей по световоду чувствительной катушки τ =Ln/c, где L - длина световода, n - показатель преломления материала световода. Для рассматриваемого случая компенсации разности фаз Саньяка справедливо соотношение

где М - масштабный коэффициент волоконно-оптического гироскопа,

η - эффективность фазового модулятора.

При выборе T=τ выражение для масштабного коэффициента преобразуется к виду

где D - диаметр чувствительной катушки гироскопа.

Стабильность масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа в значительной степени зависит от произведения U_2π η , так как при воздействии на гироскоп внешних дестабилизирующих факторов наибольшим изменениям из всех величин, определяющих величину масштабного коэффициента, подвержена величина эффективности интегрально-оптического фазового модулятора. Для устранения влияния на масштабный коэффициент нестабильности эффективности фазового модулятора в электронной схеме обработки информации предусмотрен второй контур обратной связи, который обеспечивает величину произведения U_2π η =2π радиан. Для построения второго контура обратной связи осуществляется вспомогательная фазовая модуляция с помощью импульсов напряжения специальной формы. Импульсная последовательность напряжения вспомогательной фазовой модуляции представляет собой периодическую последовательность импульсов [1, 2] с периодом T₀. В первую часть периода Т₀ длительностью T₁ импульсы напряжения, следующие с частотой f=1/2τ , имеют положительную полярность и с помощью фазового модулятора вносят разность фаз между лучами кольцевого интерферометра ± π /2 радиан, а в оставшуюся часть периода T₀, длительностью T₂ импульсы напряжения имеют отрицательную полярность и имеют такую амплитуду напряжения, что вносимая разность фаз между лучами составляет ± 3π /2 радиан. Таким образом, разность уровней напряжения между положительными импульсами и отрицательными определяет величину напряжения U_2π , при котором справедливо равенство U_2πη =2π радиан при данной величине эффективности фазового модулятора. При изменении эффективности фазового модулятора под воздействием внешних дестабилизирующих факторов U_2π η ≠ 2π радиан на фотоприемнике появляются импульсы рассогласования длительностью T₂ и следующих с частотой f_расс=1/T₀. Эти импульсы рассогласования выделяются с помощью второго демодулятора, сигналом которого подстраивается амплитуда импульсов напряжения вспомогательной фазовой модуляции до тех пор, пока импульсы сигнала рассогласования не исчезнут. Таким образом, второй контур обратной связи обеспечивает справедливость равенства U_2π η =2π радиан и для масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа справедливо соотношение

Для уменьшения габаритов волоконно-оптического гироскопа в оптической схеме вместо поляризатора, второго волоконного делителя и фазового модулятора используется многофункциональная интегрально-оптическая схема на основе Y-делителя оптической мощности лучей [3]. Канальные волноводы Y-делителя формируются по протонообменной технологии в подложке ниобата лития. Особенностью этой технологии является то, что канальные волноводы являются однополяризационными и необходимость в использовании поляризатора в этом случае отпадает. Фазовые модуляторы формируются путем нанесения электродов на выходные плечи Y-делителя и, таким образом, на каждом конце волоконной катушки располагается по фазовому модулятору. Попарное соединение между собой электродов фазовых модуляторов [4] позволяет при той же длине подложки ниобата лития снизить уровни напряжений импульсов вспомогательной фазовой модуляции и компенсирующую разность фаз Саньяка ступенчатого пилообразного напряжения, которые в этом случае подаются сразу вместе на объединенные электроды фазовых модуляторов, примерно в два раза. Кроме того, использование двух идентичных интегрально-оптических фазовых модуляторов с попарно соединенными электродами позволяет снизить негативное влияние на точность волоконно-оптического гироскопа паразитной модуляции интенсивности лучей кольцевого интерферометра, которая практически всегда присутствует в канальных волноводах интегрально-оптических фазовых модуляторов.

При использовании интегрально-оптического фазового модулятора только в одном плече кольцевого интерферометра паразитная модуляция интенсивности лучей приводит к образованию ложного импульса рассогласования, который не позволяет с помощью второй петли обратной связи в электронном блоке волоконно-оптического гироскопа поддерживать равенство U_2π η =2π радиан, что приводит к зависимости масштабного коэффициента гироскопа от уровня паразитной модуляции интенсивности, который может изменяться под воздействием внешних дестабилизирующих факторов. Использование двух идентичных интегрально-оптических фазовых модуляторов с попарно соединенными электродами позволяет исключить влияние на стабильность масштабного коэффициента паразитной модуляции интенсивности лучей кольцевого интерферометра гироскопа.

Одним из недостатков известного способа стабилизации масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа с помощью выделения импульса рассогласования и последующего его обнуления с помощью второй петли обратной связи является то, что если импульсы вспомогательной фазовой модуляции имеют времена нарастания и спадания передних и задних фронтов не равные нулю, а также кроме этого имеют неплоские вершины, то на фотоприемнике образуются ложные импульсы рассогласования, которые невозможно отличить от истинных импульсов рассогласования, свидетельствующих о нарушении равенства U_2π η =2π радиан, в результате становится невозможным точное поддержание амплитуды компенсирующей ступенчатой фазовой пилы на уровне 2π и, как следствие, появляется зависимость масштабного коэффициента от времени нарастания и спадания фронтов импульсов вспомогательной фазовой модуляции, а также от неплоскости вершин этих импульсов.

Другим недостатком известного способа является то, что при наличии в волноводах интегрально-оптических фазовых модуляторов разного уровня паразитной модуляции интенсивности оптических лучей на фотоприемнике также возникает ложный импульс, в результате чего также становится невозможным точное поддержание равенства U_2π η =2π радиан с помощью второй петли обратной связи.

Целью настоящего изобретения является повышение стабильности масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа.

Указанная цель достигается тем, что на электроды фазовых модуляторов в течение отрезка времени T₁ подают постоянный уровень разности напряжений U₁, вносящий изменение фазы каждого из лучей кольцевого интерферометра на π /8 радиан, а в течение отрезка времени T₂ - другой постоянный уровень разности напряжений U₂, с помощью которого вносится изменение фазы лучей на 3π /8 радиан, а импульсную последовательность разности фаз лучей кольцевого интерферометра формируют с помощью коммутации электродов фазовых модулятореs с частотой f=1/2τ , где τ - время пробега световых лучен по световоду чувствительной катушки гироскопа.

Стабильность масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа достигается за счет улучшения формы импульсов импульсной последовательности разности фаз лучей кольцевого интерферометра, заключающееся в уменьшении времени нарастания и спада их фронтов, а также в уменьшении неплоскости вершин. Форма импульсов также улучшается и из-за уменьшения в 2 раза пиковых значении напряжений, использующихся для осуществления вспомогательной фазовой модуляции.

Стабильность масштабного коэффициента повышается также и за счет того, при использовании коммутации электродов фазовых модуляторов удается избежать образования на фотоприемнике ложных импульсов рассогласования из-за наличия в канальных волноводах фазовых модуляторов, различающихся по величине уровней паразитной модуляции интенсивности лучей кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена структурная схема волоконно-оптического гироскопа. На фиг.2 показан принцип формирования импульсной последовательности разности фаз лучей кольцевого интерферометра. На фиг.3 показан принцип образования ложных импульсов рассогласования из-за наличия неплоскости вершин импульсов напряжения вспомогательной фазовой модуляции. На фиг.4 показана структурная схема блока коммутации электродов интегрально-оптических фазовых модуляторов. На фиг.5 показан принцип формирования величины и направления вектора электрической напряженности в канальных волноводах фазовых модуляторов при использовании постоянных уровней напряжения U₁ и U₂ и коммутации электродов фазовых модуляторов. На фиг.6 показан принцип формирования импульсной последовательности разности фаз лучей кольцевого интерферометра при использовании напряжений U₁ и U₂ и коммутации электродов фазовых модуляторов. На фиг.7 показан принцип формирования полезного сигнала вращения волоконно-оптического гироскопа. На фиг.8 показан принцип формирования импульсов рассогласования, использующихся для организации второй петли обратной связи в электронном блоке гироскопа. На фиг.9 показан принцип формирования сигнала на фотоприемнике, обусловленного разным уровнем паразитной модуляции интенсивности лучей кольцевого интерферометра. На фиг.10 показана структурная схема волоконно-оптического гироскопа с интегрально-оптическим модулятором в одном плече кольцевого интерферометра гироскопа. На фиг.11 показан принцип формирования сигнала на фотоприемнике при наличии паразитной модуляции интенсивности лучей кольцевого интерферометра в интегрально-оптическом фазовом модуляторе, установленном на одном из плеч интерферометра.

Волоконно-оптический гироскоп (фиг.1) содержит источник излучения 1, волоконный разветвитель 2, многофункциональную интегрально-оптическую схему 3. Многофункциональная интегрально-оптическая схема содержит Y-разветвитель 4 на основе канальных волноводов, сформированных по протонообменной технологии в подложке ниобата лития и систему металлических электродов 5, сформированных по обе стороны от канальных волноводов, являющихся выходными Y-разветвителя. Один электрод является общим, а два других соединены с помощью проводника 6, таким образом, электроды обоих фазовых модуляторов оказываются попарно объединенными [4]. При подаче одного и того же напряжения на электроды фазовых модуляторов электрические поля в канальных волноводах имеют противоположные направления и поэтому в одном из двух фазовых модуляторов имеется положительный прирост фазы оптических лучей, а в другом модуляторе прирост фазы имеет противоположный знак. Выходные канальные волноводы Y-разветвителя многофункциональной интегрально-оптической схемы соединены с одномодовым волоконным световодом, сохраняющим линейное состояние поляризации излучения, который намотан в многовитковую чувствительную катушку 7. Второй выходной конец волоконного разветвителя соединен с фотоприемником 8. Для оптимизации чувствительности волоконно-оптического гироскопа используется вспомогательная фазовая модуляция. В известном способе [1] фазовая модуляция осуществляется с помощью импульсов напряжения положительной и отрицательной полярности, вырабатываемых генератором 9. На выходе демодулятора 10 при этом наблюдается сигнал вида

С генератора 11 на электроды фазовых модуляторов поступает ступенчатое пилообразное напряжение, с помощью которого интегрально-оптические фазовые модуляторы вносят разность фаз лучей кольцевого интерферометра, компенсирующую разность фаз Саньяка. На выходе первого демодулятора при этом наблюдается сигнал вида

С помощью сигнала на выходе демодулятора и блока управления 11 изменяется частота компенсирующей ступенчатой фазовой пилы таким образом, чтобы на выходе демодулятора поддерживать нулевой уровень сигнала. При этом справедливо соотношение

Если произведение U_2π η не равно 2π радиан, то на выходе второго демодулятора 12 появляется напряжение пропорциональное импульсу рассогласования, присутствующее в этом случае на фотоприемнике. С помощью блока управления 13 амплитуда импульсов вспомогательной фазовой модуляции подстраивается таким образом, чтобы на выходе второго демодулятора напряжение было равным нулю. В этом случае U_2π η =2π радиан и для угловой скорости можно записать следующее выражение:

На фиг.2 показан принцип формирования импульсной последовательности разности фаз лучей кольцевого интерферометра с помощью импульсов напряжения положительной и отрицательной полярности, имеющих период T₀. В течение части этого периода длительностью T₁ на фазовые модуляторы поступают импульсы положительной полярности с частотой f₀=1/2τ , где τ - время пробега световых лучей по световоду чувствительной катушки. В течение оставшейся части периода T₀ длительностью T₂ на сказовые модуляторы поступают импульсы отрицательной полярности, следующие также с частотой f₀. В результате напряженность электрического поля в канальном волноводе первого фазового модулятора изменяется по закону 14, а в канальном волноводе второго модулятора - по закону 15. Фаза луча, обходящего чувствительную катушку по часовой стрелке, изменяется при прохождении первою модулятора по закону 16, а при прохождении второго модулятора - по закону 17. Суммарное изменение фазы при прохождении обоих модуляторов представлено кривой 18. Аналогично изменение фазы луча, прошедшего катушку против часовой стрелки, представлено кривой 19. Разность фаз лучей, таким образом, описывается кривой 20. При наличии неплоскостности вершин импульсов напряжения вспомогательной фазовой модуляции импульсная последовательность разности фаз приобретает вид 21 (фиг.3). При наложении этой импульсной последовательности па косинусную кривую 22 на фотоприемнике присутствует сигнал вида 23. При усреднении сигнала по отрезкам времени T₁ и T₂ на фотоприемнике фактически присутствует импульс рассогласования 24, который, по сути, является ложным, так как обусловлен не изменением эффективности фазовых модуляторов, а неплоскостностью вершин импульсов напряжения вспомогательной фазовой модуляции. Конечное время нарастания передних и задних фронтов импульсов напряжения вспомогательной фазовой модуляции также приводит к образованию на фотоприемнике ложных импульсов рассогласования. При наличии разности уровней паразитной модуляции интенсивности лучей кольцевою интерферометра в интегрально-оптических фазовых модуляторах на фотоприемнике также образуются ложные импульсы рассогласования. Таким образом, масштабный коэффициент волоконно-оптического гироскопа становится зависимым от формы модулирующих импульсов и разности уровней паразитной модуляции интенсивности в фазовых модуляторах.

Для устранения этих недостатков, которые имеет известный способ осуществления фазовой модуляции, предлагается формирование импульсной последовательности разности фаз несколько другого вида с помощью коммутации электродов фазовых модуляторов при подаче на них двух уровней напряжения U₁, и U₂. Коммутация электродов фазовых модуляторов осуществляется с помощью быстродействующих ключей 25, 26, 27, 28 (фиг.4). Ключи управляются импульсами, следующими с частотой f_к=1/2τ , то есть коммутация осуществляется с частотой f_к. Импульсы коммутации электродов вырабатываются генераторами 29 и 30. Импульсы, вырабатываемые вторым генератором, являются инвертированными по отношению к импульсам, вырабатываемым первым генератором. Постоянные уровни напряжения U₁ и U₂ поступают на электроды фазовых модуляторов также через быстродействующие ключи 31, 32. Причем период коммутации напряжений U₁ и U₂ составляет T₀. В первую часть периода T₁ на электродах присутствует напряжение U₁, а во вторую часть периода T₂ на электродах присутствует напряжение U₂. Ключи коммутации напряжений U₁ и U₂ управляются генераторами 33, 34.

На фиг.5 показаны импульсы управления ключами коммутации электродов фазовых модуляторов, вырабатываемые первым генератором 35 и вторым генератором 36. Импульсы управления ключами, с помощью которых осуществляется коммутация постоянных уровней напряжения U₁ и U₂, вырабатываются первым генератором 37 и вторым генератором 38. При этом напряженность электрического поля в канальном волноводе первого модулятора изменяется по закону 39, а напряженность в канальном волноводе второго модулятора изменяется по закону 40. При этом фаза луча, проходящего волоконную катушку по часовой стрелке, при прохождении первого модулятора изменяется по закону 41 (фиг.6), а при прохождении второго модулятора - по закону 42. Суммарное изменение фазы луча представлено кривой 43. Форма луча, проходящего чувствительную катушку против часовой стрелки, при прохождении второго модулятора изменяется по закону 44, а при прохождении первого модулятора - по закону 45. Суммарное изменение фазы луча, проходящего чувствительную катушку против часовой стрелки, представлено кривой 46. В результате разность фаз лучей кольцевого интерферометра представлена кривой 47. В общем виде разность фаз лучей в период T₁ должна составлять величину (π -Δ ) радиан, а в период T₂-(π +Δ ) радиан. Величина Δ выбирается таким образом, чтобы в точках 48 и 49 не было скачка разности фаз.

Условие отсутствия скачка разности фаз описывается следующим уравнением:

Из уравнения (1) следует, что Δ =π /2 радиан. Таким образом, вспомогательная фазовая модуляция в период времени T₁ должна осуществляться с амплитудой 3π /2 радиан. При этом при подаче напряжение U₁ должно вносить изменение фазы лучей при подаче на один из модуляторов, равное π /8, а напряжение U₂ должно вносить изменение фазы на 3π /8 радиан. Из этих соотношений следует, что уровни разности напряжений на электродах фазовых модуляторов U₁ и U₂ должны быть в два раза меньше амплитуд положительных и отрицательных импульсов в напряжении вспомогательной фазовой модуляции, использующихся при известном способе. Предлагаемый способ осуществления вспомогательной фазовой модуляции позволяет снизить уровень питающих напряжений в электронном блоке обработки информации в два раза.

На фиг.7 показан принцип формирования сигнала вращения гироскопа. На фотоприемнике при наличии вращения возникает разность фаз Саньяка φ _S и на фотоприемнике формируется последовательность импульсов 50, следующих с частотой f=f_к=1/2τ и амплитудой, пропорциональной скорости вращения Ω (t). Далее эти импульсы обнуляются с помощью изменения частоты компенсирующей фазу Саньяка ступенчатой фазовой пилы. Необходимо отметить, что в течение периодов времени 51, 52 длительностью T_м=2τ происходит потеря информации о вращении. Но эти периоды по сравнению с периодом T₀ являются достаточно кратковременными и потеря чувствительности гироскопа к вращению в эти моменты времени не должны оказать существенного влияния на точностные характеристики волоконно-оптического гироскопа.

На фиг.8 показан принцип формирования сигнала рассогласования 53 на фотоприемнике при изменении эффективности фазовых модуляторов или нестабильности уровней разности напряжений U₁ и U₂ на электродах фазовых модуляторов. Этот импульс рассогласования имеет длительность T₂-τ и период следования T₀ и выделяется вторым демодулятором, предусмотренным в электронном блоке с целью организации второго контура обратной связи. С помощью второго контура обратной связи осуществляется подстройка уровней разности напряжений U₁ и U₂ на электродах фазовых модуляторов с тем, чтобы обеспечить равенства

При наличии в интегрально-оптических фазовых модуляторах разного уровня паразитной модуляций интенсивности лучей кольцевого интерферометра в токе фотоприемника присутствуют импульсы. На фиг.9 показан принцип образования сигнала, обусловленного паразитной модуляцией интенсивности лучей кольцевого интерферометра. Интенсивность луча, проходящего чувствительную катушку по часовой стрелке, первым модулятором модулируется по закону 54, а при прохождении второго модулятора - по закону 55. Уровень модуляции интенсивности во втором модуляторе предполагается более высоким, чем в первом модуляторе. При прохождении обоих модуляторов закон изменения интенсивности луча описывается законом 56. Интенсивность второго луча при прохождении второго модулятора изменяется по закону 57, а при прохождении первого модулятора закон изменения интенсивности описывается кривой 58. В результате прохождения обоих модуляторов интенсивность второго луча оказывается промодулированной по закону 59. Сумма же интенсивностей лучей на фотоприемнике оказывается промодулированной по закону 60. При соответствующем выборе способа детектирования сигнала рассогласования можно исключить полностью влияние паразитной модуляции интенсивности лучей в кольцевом интерферометре на стабильность масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа.

Предлагаемый способ формирования импульсной последовательности разности фаз может быть использован в оптической схеме кольцевого интерферометра с одним интегрально-оптическим фазовым модулятором, пристыкованным к одному из двух концов световодов чувствительной катушки гироскопа. Кольцевой интерферометр содержит источник излучения 61, волоконный разветвитель 62, волоконный поляризатор 63, волоконный разветвитель, сохраняющий поляризацию излучения 64, волоконную катушку 65, интегрально-оптический фазовый модулятор 66, фотоприемник 67, первый демодулятор 68, второй демодулятор 69, блок формирования напряжения, компенсирующей фазу Саньяка ступенчатой пилы 70, блок управления частотой пилы 71, блок формирования постоянного уровня разности напряжений U₁ и U₂ 72, подаваемых на электроды фазового модулятора, а также блок коммутации электродов фазового модулятора 73 и блок управления величиной напряжений U₁ и U₂ 74. Фаза светового луча, проходящего чувствительную катушку гироскопа по часовой стрелке, при прохождении фазового модулятора изменяется во времени по закону 75 (фиг.11). Фаза другого луча, проходящего чувствительную катушку гироскопа против часовой стрелки, при прохождении фазового модулятора спустя время τ изменяется по закону 76. Разность фаз лучей кольцевого интерферометра изменяется по закону 77. Характер изменения интенсивности лучей, при прохождении фазового модулятора практически такой же, как и изменение фазы лучей и поэтому при объединении лучей на фотоприемнике образуется последовательность импульсов 78. Как и в предыдущем случае, когда использовалось в оптической схеме два фазовых модулятора, при оптимальном детектировании импульсов рассогласования паразитная модуляция интенсивности лучей на величину масштабного коэффициента гироскопа никакого влияния оказывать не будет. Оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа с одним фазовым модулятором имеет преимущество перед схемой с двумя модуляторами в том смысле, что она имеет более низкие потери оптической мощности лучей, проходящих оптический тракт интерферометра и в силу этого чувствительность к вращению волоконно-оптического гироскопа повышается.

ЛИТЕРАТУРА

[1] George A. Pavlath “Closed-loop fiber optic gyros” SPIE, v.2837, pp. 46-60, 1996.

[2] А.М.Курбатов “Способ вспомогательной фазовой модуляции кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа” Патент РФ №2157962, заявка №98120880 от 20.11.1998.

[3] G.A.Sanders et all “Fiber optic gyros for space, marine and aviation applications” SPIE v.2837, pp. 61-71, 1996.

[4] А.М.Курбатов “Способ компенсации разности фаз Саньяка в кольцевом интерферометре волоконно-оптического гироскопа” Патент РФ №2146807, заявка №98103976 от 02.03.1998.

Формула изобретения

Способ стабилизации масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа, заключающийся в формировании с помощью двух широкополосных интегрально-оптических фазовых модуляторов, управляющие электроды которых попарно электрически соединены, разности фаз лучей кольцевого интерферометра гироскопа в виде последовательности импульсов разности фаз с периодом Т_о, состоящего из первого отрезка времени Т₁, в течение которого импульсы разности фаз имеют амплитуду ±π/2 рад и второго отрезка времени Т₂, в течение которого импульсы разности фаз имеют амплитуду ±3π/2 рад, отличающийся тем, что на электроды фазовых модуляторов в течение отрезка времени Т₁ подают постоянный уровень разности напряжений U₁, вносящий изменение фазы каждого из лучей кольцевого интерферометра на π/8 рад, а в течение отрезка времени Т₂ – постоянный уровень разности напряжений U₂, с помощью которого вносится разность фаз лучей на 3π/8 рад, а импульсную последовательность разности фаз лучей кольцевого интерферометра формируют с помощью коммутации электродов фазовых модуляторов с частотой f_к=1/2τ, где τ – время пробега лучей по световоду чувствительной катушки гироскопа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11