Гетеродинный волоконный гирометр Советский патент 1992 года по МПК G01C19/64 

Изобретение относится к области измерительной техники, аконкретно к измерителям угловой скорости.

Большинство современных волоконных гирометров вьтолняются либо по гомодинной схеме, либо по схеме с компенсацией набега фазы вследствие эффекта Саньяка путем изменения частоты одного из встречньк . Приборы первого типа не имеют непосредственного цИ ового выхода и обладают ограниченной точностью. Приборы Второго типа требуют плавной перестройки частотм в довольно широком диапазоне.

От этих недостатков свободны приборы гетеродинного тИпа, у которых частоты встречных волн постоянны и разш1чны, а сдвиг фаз измеряется «а разностной частоте.;

Известно устройство, которое содержит лазер, несколько оптических делителей, кольцевой волоконный контур, два вспомогательных генератора, подключенных к двум акусто-оптичес-

КИМ ячейкам, два фотоприемника и фа-, зовый детектор . i

Сдвиг частоты на U5, и QJJ выполня.ется с помощью акусто-оптических . ячеек, работающих в диапазоне десятков мГц. С помощью,оптических делителей лучи, выходяпоне из торцов волокна, обединяются на плоскостях фотоприемников, Выходные сигналы , приемников Имеют одну частоту, равную (U4 - Qi , и сдвинуты по фазе на ве- : личИ1гу cpg (эффект Саньяка). Поскольку акусто-оптические ячейки используются в обоИх канаЛг х, то схема прибора получается сложной. В этом недостаток устройства.

Наиболее близким техническим реше-.. яием к изобретению является гетеродинный волоконный гирометр, КОТО1МЙЙ содержит истопник света, кольцевой волоконный контур, фотоприемник, вспомогательный р адиочастотный гене- j ратор, фазометр и оптический делитель. . : - Недостаток прибора состоит В его сложности, которая объясняется необходимостью двухступенчатого преобразо вания частоты. Это вызвано тем, что акусто-оптические ячейки работают на частотах не ниже десятков мГц, в то время как для работы фазометра желательно иметь разность частот сигналов порядка десятков Гц. Целью изобретения является повышение точности определения угловой скорости и упрощения конструкции. Цель достигается тем, что в гетеродин1шй волоконньц гирометр, содержащий источник света, кольцевой волоконный KOHTypj фотоприемник, вспомогательиьп радиочастотн 1Ш генератор, фазометр и оптический делитель, введены ев етоводный фазовый модулятор и электрический фильтр, при этом первый вход вспомогательного радиочастот ного генератора подключен к световодному фазовому модулятору, второй вход- к первому входу фазометра, а Еыход фотоприемника через электрический фильтр подключен к второму входу фазометра. Па фиг. 1 изображена схема предла:Гаемого гирометра; на фиг. 2 - эпюры напряжений. . , i Гирометр содержит источник 1 света частоты СОд , оптический делитель 2 (воЛноводньш ответвитель), волоконный контур 3, волоконный модулятор 4, вспомогательны генератор 5 колебаний специальной формы частоты СО и 2СО, фотоприемник 6, электрический фильтр 7, настроенный на частоту 2GD фазометр 8. Источник 1 через делитель 2 подклю ен к одному из входов контура 3, вблизи одного из концов которого включен невзаимный модулятор А. К электрическому входу модулятора подключен выход генератора 5, с которог , снимается шшообразное напряжение частоты С0 . Другой его выход подключен к первому входу фазометра 8.Вход фотоприемника 6 подклю шн к выходу делителя 2 и через электрический фильтр 7 подключен к второму входу фазометра. В., Работа гирометра основана на том, что при подапе на невзаимный элемент пилообразного напряжения фаза измецяется по линейному закону, но с разными знаками для встречных волн.Это вызывает сдвиг частот встречных лу5 ..4, чей и в спектре их есть с;оставляющие с частотами Ci)(,iC)D,COot2cO и т.д. Однако, если линейный сдвиг фазы за период пилообразного напряжения Т 1/СО составляет 2 И рад, то частотный сдвиг будет точно равен +6Э. Работает гирометр следующим образом. Оптический сигнал частоты СОд от.источника 1 .через делитель 2 попадает в торцы Волоконного контура 3. Обходя контур во встречных направлениях, оба луча приобретают постоянный фазовый сдвиг +tp вследствие эффекта Сан1зяка. От генератора 5 на модулятор 4 поступает пилообразное напряжение частоты СД . Вследствие этого частоты встречных лучей приобретают сдвиг + СО и полые их фазына плоскости фотоприемника составляют : 2(000-ь(О)t+Чс (Wo-foyt.-q, где t - текущее время. В результате интерференции на выходе фотоприемника 6 выделяется cvyrнал с полной фазой - - у 4 и Cot + 2 Cpg, который подается на вход фазометра 8 через фильтр 7, настроенный на частоту 2СО. На дру-. гой вход фазометра от генератора 5 . подается опорный сигнал с полной фазой {}(, AiiCOt. Фазометр вьщает сигнал, пропорциональный разности фаз - Щ,, гдеС()с -д-;- бЗо , Q. - измеряемая угловая скорость;. ( . S - площадь волоконного контура. НевзаимНый элемент может выполняться на основе эффекта Фарадея и уже известна его конструкция, удобно соединяемая с оптическим волокном. Частоту СО удобно выбирать в пределах десятков и сотен Гц, что облегчает ее выделение фильтром Однако, кроме невзаимного прибора, можно использовать и обычный пьезоэлектрический фазовый модулятор, работающий на эффекте фотоупругости и эЛфекте растяжения волокна. При этом фаза должна изменяться по закону (t) , где С. - постоянньш коэффициент. Тогда частота изменяет-АФся во времени линейно СО т 2 . Поскольку модулятор установлен у одного конца волокна,то разность час- , тот встречных волн на плоскости, фото-; приемника составит Ci) 2 Cotp, где tp Iti/C - .время распространения луwa Е световоде длиной 1 и с коэффициентом преломления п. Таким образом, подавая на обычный фазовый врло конный модулятор напряжение, изменяющееся по квадратичному закону (фиг,2) можно получить такой же эффект, как и на невзаимном модуляторе при использовании пилообразного напряжения,.

фаг. 2 ; Предлагаемый прибор значительно |проще прототипа и может быть реализо|ван в интегрально оптическом исполнении. Поэтому его целесообразно испол ьзовать для измерения угловых скоростей там, где необходимы малые габариты прибора. Предлагаемьп прибор обладает также более высокой точностью, поскольку при исключении одного из генераторов и фотоприемника ошибки измерения, связанные с их шумами также нсключаются., i

ГЕТЕРОДИННЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ГИРОМЕТР, содержащий источник света, коль,ценой волоконный контур, фотоприеннйк, вспомогательный радиочастотный генератор, фазометр и оптический делитель, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения угловой скорости и упрощения конструкции, в него введены светог водн1яй фазовый модулятор и электрическййгфильтр,при этом первый вход вспомогательного радиочастотного генератора подключен,к световоДному фазовому модулятору, второй вход - к первому .} входу фазометра, а выход фотоприемни- ка через электрический фильтр подклю . чен к второму входу фазометра.