Устройство для определения угловой скорости

 

Использование: в навигации, геодезии и других областях. Сущность изобретения: устройство определения угловой скорости, содержащее систему оптических резонаторов с газовой смесью и фотодетектор, выполнено в виде разомкнутой системы двух оптических резонаторов с различной газовой смесью и односторонней направленностью световых лучей, при этом величина угловой скорости пропорциональна разности частот лучей и определяется из соотношения f_o f_i = B , где f_o начальная разность частот в статическом режиме; f_o f_i - текущее значение разностной частоты в динамическом режиме; В - лазерная константа; угловая скорость, а знаки "суммы" или "разности" соответствуют левому или правому вращению объекта. 1 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при создании устройств определения угловой скорости вращения объекта для решения навигационных, геодезических и других задач.

Известно устройство для определения угловой скорости вращения, выполненное на основе газоразрядной трубки, в которой создается инерционный плазменный шнур, центрированный относительно двух (или четырех) электродов, в цепь которых по дифференциальной схеме включен измеритель тока. При этом ось вращения ортогональна оси симметрии трубки (и плазменного шнура), а о величине угловой скорости судят по величине дебаланса тока [1].

Данное устройство характеризуется низкой чувствительностью, обусловленной слабой помехоустойчивостью амплитудной формы выходного сигнала.

Более высокими метрологическими показателями характеризуется устройство, принятое авторами за прототип, содержащее замкнутую систему трех оптических резонаторов с однотипной газовой смесью и противоположным направлением световых потоков, невзаимный элемент и фотодетектор, на выходе которого создается разность частот интерферирующих лучей, пропорциональная угловой скорости . Так как при этом происходит известное затягивание частот встречных лучей, то это понижает порог чувствительности при определении амплитуды угловой скорости, а необходимость применения невзаимного элемента для распознавания вектора вращения усложняет известное устройство [2].

Целью предполагаемого изобретения является повышение чувствительности определения угловой скорости при упрощении конструктивного решения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство определения угловой скорости, содержащее систему оптических резонаторов с газовой смесью и фотодетектор, выполнено в виде разомкнутой системы двух оптических резонаторов с различной газовой смесью и односторонней направленностью световых лучей.

Вариант исполнения предполагаемого устройства приведен на чертеже.

Приняты следующие обозначения: 1 - световые лучи; 2 - первый оптический резонатор; 3 - второй оптический резонатор; 4 - газовая смесь с частотой генерации f₁ индуцированного излучения; 5 - газовая смесь с частотой генерации F₂ > F₁ индуцированного излучения; 6 - фотодетектор; - угловая скорость.

В статическом режиме (при условии = 0) световые потоки 1, индуцированные в разомкнутой системе оптических резонаторов 2 и 3, наполненных различными газовыми смесями 4 и 5, интерферируют на фотодетекторе 6, на выходе которого создается начальная разность частот f_o= f₂- f₁. В динамическом режиме вращения объекта по часовой стрелке (правое вращение) с угловой скоростью ₁ 0 частота генерации f₂ уменьшается, а частота генерации f₁ увеличивается, если вектор вращения изменяет направление на противоположное (т.е. происходит левое вращение), то f₂ увеличивается, а f₁ уменьшается. При этом величина угловой скорости пропорциональна разности частот f₂ и f₁ и определяется из соотношения: f_o f_i = B₁, где f_o - начальная разность частот в статическом режиме; f_o f_i - текущее значение разностей частоты в динамическом режиме; B - лазерная константа; ₁ - угловая скорость, а знаки "суммы" или "разности" соответствует левому или правому вращению контролируемого объекта.

При условии реально достижимых значений f_i= 10^-2 Гц, B = 10^-5 порог чувствительности составляет _мин = 10^-7 рад/с. Так как в предлагаемом техническом решении лучи света не подвержены взаимовлиянию в области оптического резонатора, то это исключает затягивание частот и способствует повышению чувствительности. Необходимая начальная разность частот (частотная подставка) не требует наличия невзаимного элемента в известных вариантах его исполнения. Это упрощает конструкцию.

Таким образом по метрологическим и конструктивным показателям предлагаемое устройство для определения параметров вектора вращения позитивно отличается от известной конструктивной схемы прототипа.

Формула изобретения

Устройство для определения угловой скорости, содержащее систему оптических резонаторов с газовой смесью и фотодетектор, отличающееся тем, что система выполнена разомкнутой из двух резонаторов с различной газовой смесью и односторонней направленностью лучей, при этом величина угловой скорости определяется из соотношения
f_o f_i = B,
где f_o -начальная разность частот в статическом режиме;
f_o f_i - текущее значение разностей частот в динамическом режиме;
В лазерная константа (лазерная постоянная);
- угловая скорость,
а знаки "сумма" или "разность" соответствуют левому или правому вращению объекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1