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 Δf_o± Δf_i = BΩ , где Δf_o начальная разность частот в статическом режиме; Δf_o± Δf_i - текущее значение разностной частоты в динамическом режиме; В - лазерная константа; Ω 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 Ω. 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; Ω - угловая скорость.

В статическом режиме (при условии Ω = 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 Δf_o= f₂- f₁. В динамическом режиме вращения объекта по часовой стрелке (правое вращение) с угловой скоростью Ω₁ ≠ 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: Δf_o± Δf_i = BΩ₁, где Δf_o - начальная разность частот в статическом режиме; Δf_o± Δf_i - текущее значение разностей частоты в динамическом режиме; B - лазерная константа; Ω₁ - угловая скорость, а знаки "суммы" или "разности" соответствует левому или правому вращению контролируемого объекта.

При условии реально достижимых значений Δf_i= 10^-2 Гц, B = 10^-5 порог чувствительности составляет Ω_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
Δf_o± Δf_i = BΩ,
где Δf_o -начальная разность частот в статическом режиме;
Δf_o± Δf_i - текущее значение разностей частот в динамическом режиме;
В лазерная константа (лазерная постоянная);
Ω - угловая скорость,
а знаки "сумма" или "разность" соответствуют левому или правому вращению объекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1