Лазерные гироскопы

Приборы, предназначенные для угловых скоростей и перемещений.

Достоинства:

– отсутствие механических вращающихся частей (низкие массо-габаритные

показатели, отсутствие погрешности за счет кориолисовых и центробежных

ускорений);

– малое время выхода на рабочий режим (десятки мс);

– высокая точность и широкий диапазон измерений;

– частотная форма выходного сигнала;

Лазерный гироскоп – кольцевой лазер, работающий на эффекте Саньяка.

Эффект Саньяка – во вращающейся системе координат время прохождения по контуру

двух встречных волн отличается от этого времени для неподвижной системы координат.

2) Временные датчики – основаны на основе временного запаздывания двух

встречных волн. (не используются).

3) Фазовые датчики – измеряют разность фаз (применяются в волоконно-оптических

гироскопах).

4) Частотные датчики – измеряют разность частоты.

Пример: если L=10 см, =0,628 мкм, то f160 кГц на каждый рад/с.

Гирокомпасировение

Измерение угловых скоростей и перемещений

сигнал в одном из каналов сдвигают по фазе на  (блок 4). Разностные сигналы с фазовых

детекторов 2 и 7 подаются на вход сервоприводов 1 и 6. Они поворачивают ЛГ (каждый в

своей плоскости) в направлении уменьшения управляющего сигнала. Когда управляющие

сигналы будут =0 вектор Ω_Mсовпадает с вектором Ω; в этом случае выходной сигнал

подают на блок 10, где по формуле 18 вычисляется искомая скорость.

Измерение углов поворота происходит аналогично измерению скорости, но требует

дополнительной обработки результатов.

Устройство ЛГ

Состоит из: источника излучения; резонатора; смесительного устройства; приемника;

блока обработки сигнала; блока питания; устройства начального разноса частот; устройства

стабилизации режимов работы.

Источник излучения

Используют два типа:

– газоразрядные трубки, закрытые входными окнами, расположенными под углом

Брюстера.

– Газовая среда, заполняющая резонатор.

Обычно используют HeNe смесь в соотношении от 1:5 до 1:15.

Резонатор

Кольцевой резонатор – система зеркальных поверхностей, образующих замкнутый

контур, внутри которого находится источник излучения.

В резонаторе существуют излучения нескольких мод, обусловленные широкой полосой

усиления HeNe – смеси. С учетом того, что эти моды между собой не коррелированны,

сигнал на выходе гироскопа, работающего в многомодовом режиме, забит

комбинационными шумами.

Для повышения отношения с/ш лазер переводят в одномодовый режим.

Существует три способа обеспечения одномодовости в ЛГ:

1) уменьшение усиления активной среды до излучения одной моды.

Достоинства: простая реализация

Недостатки:

– резко уменьшается отношение с/ш;

– увеличивается чувствительность устройства к внешним воздействиям, вызывающим

нестабильность работы.

2) Обеспечение конфигурации и размеров таким образом, чтобы расстояния между

соседними модами было больше ширины полосы усиления активной смеси.

Метод реализуется введением сложных внешних устройств в резонатор. Поэтому,

несмотря на свою высокую эффективность, этот метод редко используется для подавления

продольных мод. Для подавления поперечных мод этот метод используют широко.

3) Введение дополнительных схем селекции.



1,2,3 – основной резонатор;

4,5 – вспомогательные зеркала.

Вспомогательный резонатор

(1,4,5,3)

является









селективной отражательной системой с коэффициентом

отражения 1453 (см. рис.), которая перекачивает энергию с

высших порядков мод в нулевой порядок.

Недостатки: увеличение зоны захвата.

Резонаторы, как правило, изготовляют моноблоками из

материалов с малым температурным коэффициентом

расширения. Как правило, это ситаллы, плавленый кварц.

Бывают трех– и четырехзеркальные резонаторы.

Достоинства трехзеркальных систем: меньшая полоса захвата за счет меньшего

количества отражающих и рассеивающих элементов.

Достоинства четырехзеркальных систем: большая чувствительность.

В резонаторе установлен катод и два анода. Катод изготовлен из алюминия или

низкоуглеродистой стали, а аноды – из молибдена или чистого никеля.

Встречное включение анодов предотвращает последствия эффекта Ленгмюра. Этот

эффект заключается в захвате световой волны движущейся плазмой, в результате чего

световая волна приобретает сдвиг фазы.

Два непрозрачных и одно прозрачное зеркало крепятся на торцах резонатора при

помощи оптического контакта, причем сферическое зеркало при сборке резонатора

юстируется путем сошлифовки торца резонатора.

Кольцевая диафрагма предназначена для подавления поперечных мод.

Геттер обеспечивает чистоту газовой смеси.

Через полупрозрачное зеркало излучение выводится в оптический смеситель.

L α β

L_min – минимальная длинна резонатора;

min

П

α – коэффициент усиления активной среды;

β – коэффициент потерь в резонаторе.