ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГИРОСКОПА Российский патент 1997 года по МПК G01C19/64 G01B9/00 

Изобретение относится к области инерциальных систем навигации и квантовой электроники и может быть использовано в авиации, космонавтике, судовождении и народном хозяйстве для точного определения координат объекта.

Известны устройства чувствительные элементы волоконно-оптических гироскопов, предназначенных для повышения точности определения координат объекта, описанные в книгах авторов В.В.Серегина и Кукунева "Лазерные гирометры и их применение", М. Машиностроение, 1990 г. авторов В.А.Красюка, О.Г.Семенова и А.Г.Шереметьева "Световодные датчики", М. Машиностроение, 1990 г. автора Ю.В.Байбородина "Основы лазерной техники", К. Техника, 1983; под ред. В.М.Сидорина "Лазеры в авиации", МО, М. 1982 г.

Известен также "Лазерный гирометр", описанный в патенте США N 4248535, кл. G 01 C 19/64, 456-350, 1981, содержащий источник излучения, чувствительный элемент катушку с световодом, устройство ввода вывода излучения, систему преобразования сигнала с чувствительного элемента, включающую фотоприемник, систему обработки сигнала с фотоприемника.

Недостатком является отсутствие регулируемого двулучепреломления и случайные изменения поляризации при намотке волокна на катушку, приводящие к увеличению потерь в волокне.

Известен также волоконно-оптический гироскоп, описанный в патенте ФРГ N 3742201 1989, кл. G 01 C 19/00, 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 отсутствие регулируемого двулучепреломления и случайные изменения поляризации при намотке волокна на катушку, приводящие к увеличению потерь в волокне.

Известны также кольцевой интерферометр, описанный в патенте ФРГ, заявка N 2931443, G 01 C 19/64, 1981, содержащий кольцевой интерферометр, в котором используется катушка из мономодных световых волноводов, а также датчик вращения, описанный в патенте США N 4456377, G 01 C 19/64, G 01 B 9/02, 1984, содержащий источник света и катушку из оптического волокна, пропускающего многомодовый световой сигнал.

Недостатком является отсутствие регулируемого двулучепреломления и случайные изменения поляризации при намотке волокна на катушку, приводящие к увеличению потерь в волокне.

В качестве прототипа выбран чувствительный элемент [1] в котором чувствительный элемент гироскопа состоит из полого цилиндра, стенки которого образованы наложенными друг на друга кольцевыми слоями оптического волокна, представляющего собой спирали Архимеда, непрерывно переходящими друг в друга, при этом каждая из спиралей расположена в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра.

Недостатком прототипа является отсутствие регулируемого двулучепреломления и увеличенные потери в волокне.

Технической задачей, которая ставится в основу изобретения, является осуществление регулируемого двулучепреломления, позволяющего неполяризованное волокно преобразовать в поляризованное.

Для осуществления указанного технического результата чувствительный элемент гироскопа, состоящий из полого цилиндра, стенки которого образованы расположенными последовательно кольцевыми слоями оптического волокна, представляющего собой спирали Архимеда, непрерывно переходящие друг в друга, при этом каждая из спиралей расположена в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, снабжен устройством сжатия слоев по оси цилиндра, а также кольцевыми пластинами, размещенными на торцах цилиндра и между кольцевыми слоями оптического волокна, причем толщина кольцевых пластин не превышает диаметра оптического волокна, а кольцевые пластины, размещенные на торцах цилиндра, соединены с устройством сжатия слоев по оси цилиндра.

Существо изобретения поясняется чертежом.

Чувствительный элемент гироскопа содержит: полый цилиндр 1, стенки 2, образованные наложенными друг на друга кольцевыми слоями оптического волокна, представляющие собой спирали Архимеда; плоскость 3, перпендикулярная оси цилиндра, в которой располагается каждая из спиралей; устройство сжатия слоев 4, кольцевые пластины 5, расположенные между слоями спирали.

Устройство работает следующим образом. На устройство сжатия 4 подается сигнал, пропорциональный необходимому усилию, происходит сжатие по оси спиралей Архимеда 2. Кольцевые пластины 5, расположенные между слоями спирали, воспринимают осевую нагрузку и деформируют волокно, расположенное в спиралях Архимеда. Деформация волокна приводит к изменению условий двулучепреломления и появлению регулируемой поляризации волокна.

Величина нагрузки определяется имеющимися в волокне внутренними напряжениями, зависящими от конкретной конструкции прибора и определяющими поляризационный шум излучения. Прикладываемая нагрузка позволяет компенсировать шум за счет возникновения регулируемого двулучепреломления.

Момент появления двулучепреломления определяется по возникновению поляризации в проходящем по волокну излучении. В ненагруженном состоянии волокна излучение имеет поляризационный шум, зависящий от различных внешних условий, при нагрузке происходит поляризация излучения, по величине превосходящая поляризационный шум. Контроль осуществляется при настройке гироскопа по его показаниям.

Пластины между спиралями необходимы потому, что волокно должно иметь равномерное сжатие по длине спирали, а, в случае отсутствия пластины, витки соседних спиралей сжимаются под некоторым углом друг к другу, и в результате возникают локальные неоднородности, ухудшающие пропускание излучения. Чувствительный элемент, выполненный таким образом, позволит создавать гироскопы с повышенной чувствительностью при использовании более дешевого производства и оптического волокна.

Использование: в области инерциальных систем навигации и квантовой электроники. Сущность изобретения заключается в том, что чувствительный элемент гироскопа содержит полый цилиндр 1, стенки 2, образованные расположенными последовательно кольцевыми слоями оптического волокна, представляющего собой спирали Архимеда, которые расположены в плоскости 3, перпендикулярной оси цилиндра, устройство сжатия слов 4, кольцевые пластины 5, расположенные между слоями спирали. 1 ил.

Чувствительный элемент гироскопа, состоящий из полого цилиндра, стенки которого образованы расположенными последовательно кольцевыми слоями оптического волокна, представляющими собой спирали Архимеда, переходящие одна в другую, при этом каждая из спиралей расположена перпендикулярно к оси цилиндра, отличающийся тем, что он снабжен устройством сжатия слоев по оси цилиндра, а также кольцевыми пластинами, расположенными на торцах цилиндра и между кольцевыми слоями оптического волокна, причем толщина кольцевых пластин не превышает диаметра оптического волокна, а кольцевые пластины, размещенные на торцах цилиндра, соединены с устройством сжатия слоев по оси цилиндра.