23.4. Гироскопы пассивного типа с кольцевым резонатором

Повысить чувствительность гироскопа на эффекте Саньяка можно с помощью кольцевого оптического резонатора, используя для этого полупрозрачное зеркало с высоким коэффициентом отражения. Резонатор представляет собой интерферометр Фабри - Перо в форме кольца. При этом выходной сигнал приемника резко реагирует на изменение фазы ωτ при однократном прохождении световой волной кольцевого оптического пути. Следовательно, можно создать высокочувствительный датчик, например, измеряющий смещение резонансного пика, обусловленное поворотом. Другими словами, можно уменьшить длину волокна чувствительного кольца, а если гироскоп среднего класса, то вполне можно использовать даже одновитковое волоконное кольцо, соединенное с оптической интегральной схемой.

В подобной структуре гироскопа для получения острой резонансной характеристики требуется световой источник с высокой когерентностью излучения, в то время как в волоконно-оптическом гироскопе, описанном ранее, для улучшения характеристик требуется, наоборот, световой источник с низкой когерентностью.

Г ироскоп пассивного типа с кольцевым резонатором, благодаря высокому коэффициенту качества резонатора (F=Δω_FRS, где ω_FRS - полный спектральный диапазон) и острому пику резонансной характеристики, обладает резкой реакцией на изменение резонансной частоты, обусловленное эффектом Саньяка, а значит, и высокой чувствительностью, к тому же при сравнительно малой длине оптического пути. Высокий коэффициент качества резонатора предполагает высокий коэффициент отражения полупрозрачного зеркала (~95 %), малые потери на кольцевом оптическом пути, а также высокую когерентность источника света, и тем большую, чем уже резонансный спектр. Таким образом, если в волоконно-оптическом гироскопе, описанном в предыдущем разделе, для повышения разрешающей способности требовалось снизить когерентность источника света, то здесь наоборот повысить.

На рис. 24.8 представлена оптическая система гироскопа с кольцевым резонатором. Здесь вместо полупрозрачного зеркала (рис. 24.3, в) используется волоконно-оптический ответвитель, а в качестве кольцевого резонатора - то же одномодовое оптическое волокно. Определяемая угловая скорость соответствует разности резонансных частот, измеряемых для световых волн, распространяющихся в противоположных направлениях. В данной оптической системе использован нулевой метод, при котором изменение резонансной частоты, обусловленное эффектом Саньяка, сопровождается изменением частоты возбуждения АОМ. Здесь, так же как в волоконно-оптических гироскопах с изменением частоты, в гироскопе со световым гетеродинированием и в кольцевых лазерных гироскопах, на выходе получается электрический сигнал с частотой, пропорциональной угловой скорости гироскопа.

10