Устройство для измерения угловой скорости Советский патент 1991 года по МПК G01P3/68 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых скоростей оптическими пассивными средствами.

Известны активные оптические устройства для измерения угловой скорости на кольцевом лазере.

Недостатками активного оптического устройства являются сложность в изготовлении и эксплуатации, чувствительность к механическим вибрациям и изменениям температуры окружающей среды.

Известно оптическое устройство для измерения угловой скорости пассивного типа, основанное на эффекте Саньяка и содержащее источник когерентного оптического излучения, волоконный оптииескиГ. световод в виде многовиткового кольца с устройствами

I

ввода и вывода оптического излучения

и фотоприемнмк.

Недостатком прототипа является малая чувствительность к угловым перемещениям исследуемого объекта и невысокая точность измерений вследствие низкой точности измерения разности фаз.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерения угловой скорости.

Цель достигается тем, что известное устройство дополнено двумя фазовыми модуляторами, расположенными в устройствах ввода и вывода оптического излучения, а также фазовращателем установленным в устройстве вывода оптического излучения.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для измерения угловой скоРОСТИоOHO содержит источник когерентного оптического излучения 1 (лазер) ,, полупрозрачные зеркала - делительные пластины 2-Ч, устройства ввода-вывода оп тического излучения,, смесительную пластину 59 фазовые модуляторы 6 и 7 волоконный световод 8, уложеяный в многовиткояое кольцо, , фотоприемники 9Е- 10э калиброванный фазовращатель lU Устройство работает следующим образом. Свет от источника когерентного излучения 1 поступает на делительнч-то пластину 2, после чего, пройдя фазевые модуляторы 6 и 7 и делительные пла стины 3 и 4,, поступает на противоположные входы волоконного световода; уложенного в многовитковое кольцо ,8„ Прошедший в противоположных напра лениях по волоконному световоду СЕзет с помощью делительных пластин 3 и f направляется на смесительную пласти ну 5s а затем поступает на фотоприем ники 9 и 10 (или на один из них). При оптическом детектировании выделяется и используется в качестве ин формативного сигнала первой гармоники частоты фазовой модуляции, пропор циональный разности фаз встречных Дейстгзктельно, на каждом из фотоприе 1Нико8 выделяется сигнал опти1-1еского детек1ирования, ппопорл иональный величине. Г Af + А| +2.A..A,,cos(Cf,-Cf) (1) -де AjjLf - амплитуда и фаза на ах,од фотоприемника сигнала, прошедшего по золоконно™ му световоду в напр 1влеHMHj совпадающем с нап,равлением вращения, а А и ср амплитуда и фаза на входе чфотоприемника си гнала s прошедшего nci кольцу-волоконного световода в на правлении, противоположном направт:ению вращения Фазы Cf, и Ср при фазовой модуляции гармоническим сигналом с частотой S2 равны tfi ( Sq +q,,sinf2t +Lf „ Mz где не связаннь й с вращением набег Фазы сигналов при их распространении по волокну (например, набег фазы за счет изменения температуры) J - изменение фазы сигналов, обусловленное вращением (SCfпропорционально угловой скорости вращения Q рр ), й(4м1 и , максимальное изменение фазы за счет модуляции (модуляторы возбуждаются в противофазе по .отношению друг к другу)о Подставляя (2) в (1) получаем + лЛ - 2А,(С| + - . В случае 2 о ( сигнал на частоте первой гармоники частоты модуляции Q пропорционален величине 1 (ад,.(2()з1пЙЬг. , %м+0«г 1 где ii,(, ,vi2) функция Бесселя 1-го псрядка. Таким образом, сигнал на частоте первой гармоники частоты модуляции прямо пропорционален разности фаз встречных волн 2fltp , обусловленной вращением. Этот сигнал может быть впоследствии усилен с помощью узкополосного усилителя. Чувствительность предлагаемого устройства может быть повышена если в одно иг плеч устройства ввода вывода излучения поместить калиброванный фазовращатель 11 и использовать нулевой метод индикации. I При 3toM регулировкой фазовращателя добиваются нулевого значения сигнала на первой гармонике частоты модуляции, и отсчет угловой скорости вращения производится по показаниям калиброванного фазозращателя В этом случае не .стабильность во времени Э /1ПЛитуд сигналов и индексов фазовой модуляции не влияет существенным образом на точность измерения. Действительно j если калиброванный фазовращатель 1 Г пс -1ещен на пути сигнала э прошедшего по волоконному световоду в направлении, обратном направ лению вращенияj и носит фазовый сдвиг Cf) , то вместо (3) и () имеем соответственно I А + А + 2А, ()-Cfi) ч () ) (5) I 4А, A2l(g)(2(-Cp)sinGt. 7000 1 4A,, (q, 4C|)P (2((| ,i|sinQt. (6) Отсюда следует, что I обращается в нуль при1|),, 2S(f, не зависит от амплитуды сигналов и величин девиаций фазы в модуляторах.

7