9.2. Лазерный датчик угловой скорости

Лазерный датчик угловой скорости (ЛДУС) схематично изображен на рис.46. Он представляет собой кварцевый блок 1, в котором высверлены оптические каналы. Зеркала

2 обеспечивают отражение волн, а также позволяют регулировать длину контура. Пен- тапризма 3 и фотоприемник 4 служат для приема волн и анализа интерференционной кар- тины. Полость оптического канала заполнена гелий-неоновой смесью (активная среда), в которой с помощью генератора накачки (на рис.46 не показан) возбуждаются колебания. Длина контура, составляющая 30-40 см, с помощью зеркал регулируется так, чтобы она

была кратна длине волны излучения, бла- годаря чему контур обладает свойствами резонатора. Таким образом, оптический канал одновременно является лазером. диапазон измеряемых скоростей, малая Выходная характеристика ЛДУС - зави- симость разности частот волн от из- меряемой угловой скорости u - изобра- жена на рис.47.

Как видно, линейность характери- стики нарушается в области малых скоростей. Наличие зоны d, назы- ваемой зоной захвата частот, обусловлена взаимным влиянием встречных волн, в результате которого их частоты при малом рассогласовании выравниваются. Одним из способов преодоления этого недостатка, применяемым на практике, является уста- новка ЛДУС на вращающееся со стабиль- ной угловой скоростью u_o основание, бла- годаря чему рабочий диапазон D измеряе- мых угловых скоростей перемещается в об- ласть линейности характеристики ЛДУС

(рис.47).

ЛДУС обладает рядом достоинств, к ко- торым, в частности, относятся: большой чувствительность к перегрузкам и ударам, практически мгновенная готовность к рабо- те, малая потребляемая мощность. В на- стоящее время технология изготовления

ЛДУС отработана и его стоимость в серийном производстве сравнительно низкая. Точ- ность же ЛДУС может быть обеспечена на уровне, близком к уровню точности гироско- пических устройств. По этим причинам в последние годы ЛДУС находит все более ши- рокое применение.

9.3. Волоконный оптический гироскоп

Схема волоконного оптического гироскопа (ВОГ) изображена на рис.48. Она включает волоконный контур 1, лазер 2, светоделители 3, 4, фотоприемник 5 и фазовый модулятор 6. Волоконный контур представляет собой катушку диаметром до 30 см, на которую намотан световод длиной до 1,5 км. Последний представляет собой волокно диаметром0,2-0,25 мм. Оно изготавливается промышленным способом из кварца, кварца с присадками или полимера.

Генерируемое лазером 2 когерентное излу- чение делится светоделителем 4 на два по- тока равной интенсивности, которые про- ходят контур 1 в противоположных на- правлениях. С помощью светоделителя 3 часть светового потока, содержащая вол- ны прямого и обратного хода, направляется на фотоприемник 5.

Входящий в схему фазовый модулятор

6 вносит дополнительный сдвиг фаз между прямой и обратной волнами на /2. Необ- ходимость в этом вызвана следующим. Фотоприемник формирует выходной сиг-

нал в виде тока, величина которого пропорциональна интенсивности принятого излуче-

ния I. Величина I пропорциональна квадрату амплитуды результирующих колебаний, представляющих, при отсутствии блока 6, сумму колебаний "прямой" волны Аsin2p¦t и "обратной" - Аsin(2p¦t+Dj). Как нетрудно подсчитать, квадрат амплитуды результи- рующих колебаний равен 2А²(1+cos Dj). Таким образом, ток фотоприемника будет

I=K(1+cosDj),

где K - некоторый известный параметр. Как видно, в зоне нулевых значений измеряемой скорости, т.е. при малых ток I есть квадра-тичная функция и, следовательно, u. Это крайне неудобно. При внесении же фазовым модулятором дополнительного сдвига фаз на /2 получим

I=k[1+cos(Dj - p/2)]=K(1+sinDj).

Параметр К, как видно из этой формулы, есть ток I₀ при = 0,т.е. при u = 0. При этом для малых

I-I₀ = I₀sinDj » I₀Dj

и характеристика ВОГ становится линейной относительно измеряемой скорости.

ВОГ - более дешевый прибор по сравнению с ЛДУС, но уступает последнему и гиро- скопическим приборам по точности измерений. По последней причине в системах нави- гации он практически не используется.