На основе лазерных гироскопов

Повышение требований к точности измерений угловых параметров, в частности, угловых скоростей стимулировало разработку новых типов гироскопов. Параллельно с этим проводились работы и по усовершенствованию классических гироскопов с вращающимся ротором, причем большинство исследований было направлено на снижение влияния трения. Был разработан ряд конструкций гироскопов, среди которых можно выделить следующие:

- гироскопы с воздушной опорой, в которых шариковые подшипники заменены «воздушной подушкой»;

- поплавковые гироскопы, в которых ротор в герметичном кожухе, выполняющем функцию внутренней рамы карданова подвеса, помещается в жидкость, в результате чего давление оси прецессии гироскопа на подшипники компенсируется гидростатической силой;

- гироскопы с электростатическим подвесом, в которых электропроводящий шар из бериллия (ротор гироскопа) «подвешивается» в вакууме электростатическими силами, созданными системой электродов;

- гироскопы с магнитным подвесом, в которых шар из феррита (ротор гироскопа) «подвешивается» в воздухе магнитостатическими силами.

Во всех этих типах гироскопов имеется вращающийся ротор, но за счет конструкции силы трения значительно снижены, в результате чего повышается точность измерения угловых параметров движения. Что касается гироскопов, которые по принципу действия принципиально отличаются от классических гироскопов, то здесь следует отметить гироскопы вибрационные, волновые твердотельные, микромеханические, волоконно-оптические и лазерные. Особое место среди них занимают лазерные гироскопы, активно использующиеся в настоящее время для высокоточных измерений угловых параметров движения.

Датчик угловых скоростей на кольцевом лазерном гироскопе изображен на рис. 2.19. Основным его элементом является треугольный или четырехугольный оптический резонатор 1, в одной или нескольких сторонах которого помещена активная среда 2. Активной средой, как правило, служит гелий-неоновая смесь, в которой может возбуждаться газовый разряд. По углам резонатора находятся отражающие оптические зеркала 3.

Если создать условия для возбуждения активной среды, то в таком лазере возникнут когерентные световые волны, распространяющиеся вдоль резонатора как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. Длины этих волн определяются условиями генерации, согласно которым на длине периметра резонатора L должно укладываться целое число длин волн λ. При неподвижном резонаторе частоты этих встречных волн одинаковы.

Если кольцевой лазер поворачивается в пространстве с некоторой угловой скоростью Ω, то оптические пути встречных волн будут неодинаковы. Будут различны и частоты оптических волн, распространяющихся по резонатору в противоположных направлениях. В результате интерференции этих волн, что осуществляется с помощью двух зеркал 4, возникнет интерференционная картина, представляющая собой совокупность светлых и темных полос. Вращение резонатора лазерного гироскопа приводит к тому, что интерференционные полосы будут перемещаться со скоростью, пропорциональной скорости вращения гироскопа. Поэтому на выходе фотодетектора 5 возникнет синусоидальный сигнал, частота которого равна разности частот встречных оптических волн, распространяющихся в резонаторе. Расчеты показывают, что эта частота равна:

где S – площадь, охватываемая контуром, по которому распространяются световые лучи.

Синусоидальный сигнал с выхода фотодетектора с помощью специальной схемы 6 преобразуется в последовательность электрических импульсов, которые поступают на вход счетчика 7. Количество накопленных счетчиком импульсов N будет пропорционально углу поворота лазера α относительно оси чувствительности, направленной по нормали к плоскости контура:

                             (2.7)

где k – масштабный коэффициент лазерного гироскопа.

Таким образом, лазерный гироскоп можно использовать не только для измерения угловых скоростей, но и для измерения углов поворота. При этом, как следует из выражения (2.7), накопленное количество импульсов N пропорционально углу поворота a и не зависит от того, по какому закону изменялась угловая скорость в процессе поворота на данный угол. Таким образом, с помощью трех ортогональных лазерных гироскопов можно не только измерить углы крена, тангажа и курса, но и по показаниям счетчиков определить изменения этих углов относительно исходных значений. Погрешность измерений угловой скорости для разных лазерных гироскопов составляет величину на уровне 10^-2...10^-3 град/ч, или примерно 3∙ 10^-7…3∙ 10^-6 град/с.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается принцип действия электромеханического манометра типа ЭДМУ?

2. В чем заключается принцип действия струнных преобразователей давления?

3. В чем заключается принцип действия термоэлектрических преобразователей?

4. Что такое трубка Лаваля и камера торможения?

5. Объясните схему термоэлектрического термометра.

6. Объясните кинематическую схему магнитоиндукционного тахометра.

7. В чем заключается принцип действия частотно-импульсных тахометров?

8. В чем заключается принцип действия осевого пружинного акселерометра?

9. В чем заключается принцип действия маятникового акселерометра?

10. В чем заключается принцип действия компенсационных акселерометров?

11. В чем заключаются свойства трехстепенного гироскопа, обеспечивающие его широкое применение на воздушных судах?

12. В чем заключается принцип действия электрического указателя поворота?

13. Что такое указатель скольжения, в чем его принцип действия и для решения каких задач он используется на воздушных судах?

14. В чем заключается принцип действия датчика угловых скоростей на основе двухстепенного гироскопа?

15. В чем заключается принцип действия датчика угловых скоростей на основе лазерного гироскопа?

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: