Лазерные гироскопы Гораздо

Лазерные гироскопы Гораздо легче создать рекламу Уникального Предложения Реализации, чем товар, обладающий этим качеством Второй закон Фостера Унтилов А. А. Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2011 г.

Содержание лекции @Стабилизация частоты генерации @Источники погрешности лазерного гироскопа @ Точностные характеристики лазерного гироскопа @Дрейф нуля лазерного гироскопа @Масштабный коэффициент лазерного гироскопа Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 2

Выходная характеристика лазерного гироскопа при Чем больше Δ f , тем больше расстояние между линиями резонатора для встречных волн и рассеянный свет одной волны уже не попадает в центр линии резонатора встречной волны и тем меньше его влияние В зависимости от знака выражений при cos и sin выходная характеристика проходит выше или ниже асимптоты Реальная выходная характеристика ЛГ Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 3

Знакопеременное начальное смещение Идея знакопеременного начального смещения состоит в том, что при смещении рабочей точки выходной характеристики КЛ по периодическому закону лазер большую часть времени находится вне зоны захвата и чувствует в это время входную скорость вращения 1. Создание переменного магнитного поля, накладываемого на невзаимный элемент. • Любой закон управления • Недостатки невзаимных элементов • Должен быть строго симметричным 2. Создание механических крутильных колебаний КЛ. • Отсутствие невзаимных эффектов • Отсутствие накопления • Нежесткость крепления • Сложность конструкции Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 4

Спектр излучения лазера Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 5

Стабилизация частоты генерации Значительные изменения частоты генерации приводят к изменению модового состава. Если область генерации ( g > μ ) больше межмодового расстояния (с/L), то переход от одномодового режима генерации к двухмодовому создает различие в выходных характеристиках и наблюдаются две разности частот встречных волн Переход из одномодового режима в двухмодовый и любые другие изменения модового состава всегда приводят к резкому изменению разностной частоты и изменению всех параметров выходной характеристики Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 6

Система регулирования периметра Нормальное функционирование ЛГ невозможно без стабилизации частоты генерации. Обычно используется пьезокерамический преобразователь с закрепленным на него зеркалом, изменяющий свою длину при подаче на него напряжения. Система стабилизации частоты генерации или система регулирования периметра Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 7

Система регулирования периметра Для стабилизации частоты генерации используется вершина зависимости выходной мощности от частоты генерации. На пьезокерамический преобразователь подается переменное напряжение Uп. Выходная мощность КЛ имеет переменную составляющую, фаза которой зависит от того, с какой стороны от центра линии находится частота генерации, а амплитуда – насколько далеко она от центра линии. Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 8

Схема стабилизации частоты Сигнал на выходе СД пропорционален производной d. I/dν. н Система стабилизации поддерживает постоянной величину периметра L. Стороны резонатора могут изменяться произвольным образом с соответствующим изменением амплитуд и фаз коэффициентов связи Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 9

Схема регулировки длин сторон СМЗЗ подает постоянные напряжения разных знаков на два пьезокерамических преобразователя Одновременно с этим процессом система стабилизации периметра осуществляет стабилизацию частоты генерации Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 10

Источники погрешностей лазерного гироскопа 1. Естественные • Квантовый характер излучения • Атомная структура вещества резонатора 2. Технические (флуктуации параметров лазерного гироскопа) • Вибрации • Температура • Магнитное поле • Колебания тока разряда Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 11

Ширина линии излучения Суперпозиция когерентного вынужденного излучения со спонтанным излучением дает уширение спектральных линий встречных волн КЛ, что, в свою очередь, проявляется в сигнале биений. Разность фаз встречных волн Дисперсия D равна естественной ширине линии излучения Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 12

Дисперсия флуктуаций разности фаз средний квадрат флуктуаций разности фаз при ее измерении в течение времени Т Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 13

Коэффициент случайного дрейфа Коэффициент случайного дрейфа определяет минимально достижимые флуктуации разности фаз встречных волн Коэффициент случайного дрейфа представленный через ошибку определения угла поворота L = 20 см, μ=4· 10 -4, T 3 = 10 -4, Pвых=50 мк. Вт Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 14

Влияние флуктуаций параметров лазерного гироскопа 1. Влияние виброподставки 2. Деформации резонатора (вследствие изменения температуры или вибрации) 1. Изменяется длина периметра и частота генерации 2. Изменяются потери в резонаторе 3. Изменяется связь встречных волн за счет изменения расстояния между рассеивающими центрами 4. изменение значения дифракционного расщепления частот встречных волн 3. Нестабильность тока разряда в активной среде вызывают колебания интенсивностей встречных волн Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 15

Влияние виброподставки Нелинейный характер уравнений приводит к тому, что наряду с уменьшением зоны захвата введение виброподставки создает дополнительные зоны нелинейности в выходной характеристике КЛ. Когда разность частот встречных волн Δω становится близка к целому числу частот виброподставки k ω П , происходит взаимная синхронизация Одновременно с существенным уменьшением зоны захвата в выходной характеристике появляются так называемые полочки − своеобразные зоны захвата, обусловленные синхронизацией разности частот встречных волн частотой виброподставки и ее гармониками Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 16

Случайный дрейф от виброподставки Случайная составляющую разности фаз Дисперсия случайной составляющей разности фаз На больших временах осреднения Т или Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 17

Коэффициент случайного дрейфа Коэффициент случайного дрейфа Ошибка измерения угла поворота ЛГ за время Т Резонатор квадратной формы со стороной порядка l=10 см Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 18

Точностные характеристики лазерного гироскопа Определяемые характеристики: 1. Дрейф • Постоянная составляющая дрейфа • Нестабильность дрейфа в течение одного запуска • Нестабильность дрейфа от включения к включению • Величина случайного дрейфа • Чувствительность дрейфа к изменению температуры окружающей среды, магнитному полю, вибрации, ускорению 2. Масштабный коэффициент • Нелинейность масштабного коэффициента • Постоянная составляющая масштабного коэффициента • Нестабильность масштабного коэффициента в течение одного запуска • Нестабильность масштабного коэффициента от включения к включению • Чувствительность масштабного коэффициента дрейфа к изменению температуры окружающей среды, магнитному полю, вибрации, ускорению 3. Величина зоны нечувствительности 4. Переходная характеристика дрейфа после включения ЛГ до его выхода на стационарный режим 5. Статистические характеристики, которые могут быть представлены в виде спектральной плотности шума. Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 19

Дрейф лазерного гироскопа (bias) определяется сдвигом нуля выходной характеристики ЛГ, поскольку сдвиг нуля представляет собой частоту выходного сигнала ЛГ при отсутствии входной скорости Величину дрейфа обычно определяют, выставив измерительную ось ЛГ под определенным углом к оси вращения Земли число периодов выходного сигнала ЛГ за время Т - случайный дрейф определяют через коэффициент случайного дрейфа R Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 20

Масштабный коэффициент лазерного гироскопа определяется посредством вращения ЛГ с постоянной скоростью и измерения числа периодов выходного сигнала за один оборот при вращении поочередно в противоположных направлениях Точность определения масштабного коэффициента зависит в основном от точности фиксации прохождения угла 2π рад (оборота). Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 21

Многочастотные лазерные гироскопы “Litton” назвала четырехчастотный ЛГ “Zero Lock Laser Gyro” (ZLG) – ЛГ с нулевой зоной захвата Собственными волнами является пара встречнобегущих волн, каждая из которых содержит две волны – одну с левоциркулярной и вторую с правоциркулярной поляризациями. Волны с разными поляризациями, проходя через взаимный элемент, испытывают противоположные сдвиги по фазе, что, приводит к их расщеплению по частоте Наличие в резонаторе двух анизотропных элементов вносит существенные дополнительные потери и уменьшает добротность резонатора Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 22

Масштабный коэффициент многочастотного ЛГ Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 23

Многочастотный ЛГ с неплоским резонатором Расщепление частот возникает за счет того, что лево- и правоциркулярные волны получают разные набеги фазы при отражении от специальным образом расположенных зеркал Спектр собственных частот неплоского резонатора ЛГ зависит от угла α Характеристики современных ZLG: • Постоянная составляющая дрейфа • разрешение (угловая цена периода выходного сигнала) – 0, 75″ • нестабильность дрейфа от включения к включению – 0, 003 °/ч • случайный дрейф – < 0, 0015 °/ ч • относительная нестабильность масштабного коэффициента – 2 ⋅10− 7 Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 24

Литература @ Филатов Ю. В. Оптические гироскопы. ГНЦ ЦНИИ «ЭЛЕКТРОПРИБОР» . 2005. @ Бычков С. И. , Лукьянов Д. П. , Бакаляр А. И. Лазерный гироскоп. Под ред. проф. С. И. Бычкова. М. , «Сов. радио» , 1975. @ Серегин В. В. , Кукулиев Р. М. Лазерные гирометры и их применение. – М. : Машиностроение, 1990. @ Optical Gyros and their Applications, NATO RTO AGARDograph 339, May 1999, 340 pp. Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 25

Учение без размышления бесполезно, но и размышление без учения опасно Конфуций Спасибо за внимание Курс лекций по Оптическим гироскопам, 2010 г. 26