волоконно-оптический гироскоп
Классы МПК: | G01C19/64 гирометры, использующие эффект Саньяка, те смещение электромагнитных пучков в результате их вращения в противоположных направлениях G01C19/58 поворотно-чувствительные устройства без движущихся масс |
Автор(ы): | Сорокин Юрий Владимирович, Новожилов Борис Михайлович |
Патентообладатель(и): | Сорокин Юрий Владимирович, Новожилов Борис Михайлович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-05-25 публикация патента:
20.07.1995 |
Изобретение относится к инерциальным системам навигации и квантовой электроники и может быть использовано в авиации, космонавтике, судовождении и народном хозяйстве для точного определения угловой скорости объекта и определения его координат. Сущность изобретения заключается в том, что в известный волоконно оптический гироскоп, содержащий оптически сопряженные источник излучения, светоделитель, первый чувствительный элемент, модулятор, а также систему преобразования сигнала, содержащую фотоприемник и систему обработки сигнала с фотоприемника, введен второй чувствительный элемент, при этом каждый из чувствительных элементов выполнен в виде N слоев, каждый из которых представляет собой Архимедову спираль, причем все N слоев связаны последовательно друг с другом, первый и второй чувствительные элементы расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а модулятор расположен на линии пересечения этих плоскостей. Фотоприемник выполнен квадрантным, причем выходы I и III квадрантов, а также II и IV квадрантов соединены по мостовой схеме, выход первого чувствительного элемента оптически сопряжен с входами I и III квадрантов, выход второго чувствительного элемента оптически сопряжен с входами II и IV квадрантов, а число слоев N выбрано из ряда N 1,2,3,4.n. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП, содержащий оптически сопряженные источник излучения, светоделитель, первый чувствительный элемент, выполненный на основе оптического волокна, и модулятор, а также систему преобразования сигнала, поступающего с первого чувствительного элемента, содержащую фотоприемник и систему обработки сигнала с фотоприемника, отличающийся тем, что введен второй чувствительный элемент, при этом каждый из чувствительных элементов выполнен в виде N слоев, каждый из которых представляет собой Архимедову спираль, причем все N слоев соединены последовательно друг с другом, первый и второй чувствительные элементы расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а модулятор расположен на линии пересечения взаимно перпендикулярных плоскостей и соединен с выходами первого и второго чувствительных элементов, фотоприемник выполнен квадрантным, причем выходы первого и третьего квадрантов, а также второго и четвертого квадрантов соединены по мостовой схеме, выход первого чувствительного элемента оптически сопряжен с входами первого и третьего квадрантов, выход второго чувствительного элемента оптически сопряжен с входами второго и четвертого квадрантов, а число слоев N выбрано из ряда N 1,2,3,4 n.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к инерциальным системам навигации и квантовой электроники и может быть использовано в авиации, космонавтике, судовождении и народном хозяйстве для точного определения угловой скорости и координат объекта. Известен лазерный гирометр, содержащий источник излучения, чувствительный элемент-катушку со световодом, устройство ввода-вывода излучения, систему преобразования сигнала с чувствительного элемента, включающую фотоприемник, систему обработки сигнала с фотоприемника [1]Недостатком является измерение угловой скорости в одной плоскости и ограничение чувствительности из-за ухудшения свойств волоконного световодоа при увеличении размеров контура, а также использование волокна только в катушке, приводящее к увеличению размеров устройства. В качестве прототипа выбран волоконно-оптический гироскоп, содержащий оптически связанные источник излучения, светоделитель, чувствительный элемент на основе оптического волокна с устройствами ввода-вывода излучения и модулятором, а также систему преобразования сигнала с чувствительного элемента, включающую фотоприемник, систему обработки сигнала с фотоприемника. Недостатком является измерение угловой скорости только в одной плоскости, большие размеры катушки и ограничение чувствительности из-за ухудшения свойств оптического волокна при увеличении размеров катушки контура гироскопа. Целью изобретения является измерения угловой скорости в двух плоскостях, повышение чувствительности и уменьшение размеров катушки гироскопа. Для достижения цели в известный волоконно-оптический гироскоп, содержащий оптически сопряженные источник излучения, светоделитель, первый чувствительный элемент, выполненный на основе оптического волокна, и модулятор, а также систему преобразования сигнала, поступающего с первого чувствительного элемента, содержащую фотоприемник и систему обработки сигнала с фотоприемника, введен второй чувствительный элемент, при этом каждый из чувствительных элементов выполнен в виде N слоев, каждый из которых представляет собой Архимедову спираль, причем все N слоев связаны последовательно друг с другом, первый и второй чувствительные элементы расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а модулятор расположен на линии пересечения взаимно перпендикулярных плоскостей и соединен с выходами первого и второго чувствительных элементов, фотоприемник выполнен квадрантным, причем выходы первого и третьего квадрантов, а также второго и четвертого квадрантов соединены по мостовой схеме, выход первого чувствительного элемента оптически сопряжен с входами первого и третьего квадрантов, выход второго чувствительного элемента оптически сопряжен с входами второго и четвертого квадрантов, а число слоев выбрано из ряда N=1, 2, 3, 4, n. Физико-математическое обоснование функционирования данного гироскопа имеет следующий вид. Функционирование лазерного и волоконно-оптического гироскопа основано на эффекте Саньяка. В петле из волокнa, которая является основной для гироскопа, происходит набег фазы Fс во вращающемся волоконном контуре для встречных пучков излучения. Формула для набега фазы Саньяка выглядит следующим образом:
![волоконно-оптический гироскоп, патент № 2039934](/images/patents/434/2039934/913.gif)
![волоконно-оптический гироскоп, патент № 2039934](/images/patents/434/2039934/2039934t.gif)
![волоконно-оптический гироскоп, патент № 2039934](/images/patents/434/2039934/2039934-2t.gif)
R радиус витка контура;
N число витков;
Sв площадь витка контура;
![волоконно-оптический гироскоп, патент № 2039934](/images/patents/434/2039314/937.gif)
с скорость света;
![волоконно-оптический гироскоп, патент № 2039934](/images/patents/434/2039017/955.gif)
![волоконно-оптический гироскоп, патент № 2039934](/images/patents/434/2039018/916.gif)
число витков в контуре:
N
![волоконно-оптический гироскоп, патент № 2039934](/images/patents/434/2039934/2039934-3t.gif)
сечение кольцевого контура:
S 3120
![волоконно-оптический гироскоп, патент № 2039934](/images/patents/434/2039934/2039934-4t.gif)
тогда высота намотанного контура:
H=(23,4 мм2)0,5=4,8 мм
Для чувствительного контура из Архимедовых спиралей высота намотанного контура определяется из соотношений:
M
![волоконно-оптический гироскоп, патент № 2039934](/images/patents/434/2039934/2039934-5t.gif)
тогда высота чувствительного элемента:
H=12,4
![волоконно-оптический гироскоп, патент № 2039934](/images/patents/434/2039012/729.gif)
Класс G01C19/64 гирометры, использующие эффект Саньяка, те смещение электромагнитных пучков в результате их вращения в противоположных направлениях
Класс G01C19/58 поворотно-чувствительные устройства без движущихся масс