1.3 Выбор и обоснование принципиальных схем маятниковых акселерометров и лазерных гироскопов

Лазерный гироскоп (ЛГ) — оптический прибор для измерения угловой скорости. Используется в системах инерциальной навигации. Лазерные гироскопы используют эффект Саньяка — появление фазового сдвига встречных световых волн во вращающемся кольцевом интерферометре.

Лазерный гироскоп обычно представляет собой кольцевой резонатор с тремя или четырьмя зеркалами, расположенными по углам плоскости в форме треугольника или квадрата. Два лазерных луча, генерируемые и усиливающиеся в плоскости прибора, непрерывно циркулируют по резонатору в противоположных направлениях. В датчике формируется интерференционная картина из светлых и тёмных полос. Положение полос не меняется, если гироскоп не вращается (в плоскости кольцевого контура) относительно инерциальной системы отсчёта, а при повороте резонатора (корпуса гироскопа) фотоприёмники измеряют угол поворота, считая пробегающие по ним интерференционные полосы.

Таким образом, в лазерном гироскопе создаётся и поддерживается стоячая волна, а её узлы и пучности в идеальном случае связаны с инерциальной системой отсчёта. На точность подобных гироскопов негативно влияет захват частот в средах, в которых проходит луч лазера. Таким образом возникает нелинейность характеристики типа зона нечувствительности. Чувствительность лазерного гироскопа пропорциональна площади поверхности, ограниченной лучами лазера.

Принципиальная схема ЛГ приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Принципиальная схема лазерного гироскопа: 3t-33 - зеркала; А - активная среда; 34,

35 - зеркала смесителя встречзых волн (36 - полупрозрачное); Н- невзаимный эле-

мент; Ф - фотодетектор; П - блок питания; С - система стабилизации параметров ла-

зера; И - система обработки информации.

Гелиево-неоновый кольцевой лазер KЛ-3 входит в состав навигационной системы БИНС-СП. Три кольцевых лазера КЛ-3 в системе БИНС-СП выполняют функции измерения абсолютных угловых скоростей объекта относительно трех осей. [5]

Рис.3. Лазерный гироскоп КЛ-3.

Основные технические характеристики КЛ-3 приведены в таблице 2.

Диапазон измерения абсолютных угловых скоростей, %, в пределах	400*
Систематический скомпенсированный дрейф, °/ч, в пределах	0,2*
Отклонение среднего дрейфа в запуске в интервале времени от 15с до 300с после включения, относительно среднего значения дрейфа в запуске, °/ч, не более	0,007*
Отклонение среднего значения дрейфа от запуска к запуску, °/ч, не более	0,0035*
Среднеквадратичное отклонение дрейфа на 100- секундных интервалах от среднего значения дрейфа в запуске (шумовая составляющая дрейфа), °/ч, не более	0,006*
Рабочий диапазон температур, °С	±60
Габаритные размеры, мм	120x100x30
Масса, кг, не более	0,53

* Технические характеристики КЛ-3 в составе системы.

Таблица 2. Основные технические характеристики кольцевого лазерного гироскопа КЛ-3

Акселерометр — прибор, измеряющий проекцию кажущегося ускоре-

ния. Кажущееся ускорение есть ускорение, вызванное равнодействующей сил негравитационной природы, действующее на массу и равное этой силе, отне-

сённой к величине этой массы. Современные акселерометры позволяют изме-

рять ускорение сразу в трёх плоскостях.

Акселерометр может применяться как для измерения проекций абсолютного линейного ускорения, так и для косвенных измерений проекции гравитационного ускорения. Последнее свойство используется для создания инклинометров. Акселерометры входят в состав инерциальных навигационных систем, где полученные с их помощью измерения интегрируют, получая инерциальную скорость и координаты носителя.

Кварцевые акселерометры АК-15 (измеритель линейных ускорений) используются в бесплатформенной инерциальной навигационной системе БИНС-СП в качестве чувствительного элемента [5].

Рис.4. Акселерометр АК-15

Основные технические характеристики кварцевого акселерометра АК- 15 приведены в таблице 3.

Диапазон измеряемых ускорений, g	±25
Крутизна по току, мА/g	1,15±0,15
Нестабильность крутизны по току, %, в пределах	±0,02
Температурный коэффициент крутизны по току, %/°С, в пределах	±2x10-2
Тяжение, g, в пределах	±0,012
Нестабильность тяжения, g, в пределах	±4.5x10-4
Погрешность базовой плоскости, g, в пределах	±6x10-3
Нестабильность базовой плоскости, g, в пределах	±3x10-4
Дрейф нулевого сигнала, g/ч, в пределах	±4x10-5
Температурный коэффициент смещения нуля, %/°С, пределах	±3x10-5
Устойчив к воздействию механического удара характеристиками ударного импульса:
амплитуда ускорения, g	15
длительность импульса, мс	15
Устойчив к воздействию пониженной температур!
°С:
предельной	-60
рабочей	-60
Устойчив к воздействию повышенной температуры, °С:
предельной	+80
рабочей	+75

Напряжение питания, В	±15
Габаритные размеры, мм	24x24x20
Масса, г, не более	45

Таблица 3. Основные технические характкристики кварцевого маятникового

акселерометра АК-15.