Способ определения угловой скорости



Способ определения угловой скорости
Способ определения угловой скорости
Способ определения угловой скорости

 


Владельцы патента RU 2547888:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения угловой скорости. Для определения угловой скорости формируют два пучка когерентного оптического излучения. Каждый из двух пучков дополнительно делят на два части. С помощью кольцевого интерферометра изменяют интенсивность и фазу только одной из частей каждого пучка. Ввод измерительных пучков в резонатор интерферометра осуществляют во взаимно противоположных направлениях. Прошедшую через интерферометр часть первого пучка и оставшуюся исходную часть того же пучка направляют на первый фотоприемник. Прошедшую через интерферометр часть второго пучка и оставшуюся исходную часть того же пучка направляют на второй фотоприемник. Угловую скорость определяют по величине разности собственных частот резонатора интерферометра для волн, обходящих его по взаимно противоположным направлениям. Технический результат заключается в обеспечении возможности определения угловой скорости при отсутствии потерь в резонаторе кольцевого интерферометра или при их компенсации. 3 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения угловой скорости, использующим эффект Саньяка, и может быть использовано для измерения угловых скоростей движущихся объектов, например автомобилей, пешеходов и беспилотных летательных аппаратов.

Известен способ определения угловой скорости (патент US 5325174) путем формирования двух пучков когерентного оптического излучения П1 и П2 с управляемой частотой излучения, изменения параметров пучков с помощью кольцевого интерферометра, ввод измерительных пучков в резонатор которого во взаимно противоположных направлениях осуществляют с помощью одной петли оптической связи, а их вывод с помощью другой петли оптической связи, с последующим направлением пучков на фотоприемники ФП1 и ФП2 соответственно, измерения интенсивности оптического излучения, направленного на фотоприемники ФП1 и ФП2, определения разности собственных частот резонатора кольцевого интерферометра для волн, обходящих его по взаимно противоположным направлениям, пропорциональной угловой скорости кольцевого интерферометра и определения угловой скорости по величине разности собственных частот.

Недостатком такого способа определения угловой скорости является наличие дополнительной петли оптической связи для вывода измерительных пучков из резонатора кольцевого интерферометра.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является способ определения угловой скорости (патент US 5141315) путем формирования двух пучков когерентного оптического излучения П1 и П2 с управляемой частотой излучения, изменения параметров пучков с помощью кольцевого интерферометра, ввод измерительных пучков в резонатор которого во взаимно противоположных направлениях и их вывод осуществляют с помощью одной и той же петли оптической связи, с последующим направлением пучков на фотоприемники ФП1 и ФП2 соответственно, измерения интенсивности оптического излучения, направленного на фотоприемники ФП1 и ФП2, определения разности собственных частот резонатора кольцевого интерферометра для волн, обходящих его по взаимно противоположным направлениям, пропорциональной угловой скорости кольцевого интерферометра и определения угловой скорости по величине разности собственных частот.

Недостатком такого способа измерения угловой скорости является невозможность определения угловой скорости при отсутствии потерь в резонаторе кольцевого интерферометра или при их компенсации, что обусловлено отсутствием зависимости интенсивности оптического излучения, направленного на фотоприемники ФП1 и ФП2, от его частоты при отсутствии потерь в резонаторе кольцевого интерферометра или при их компенсации.

Задачей, решаемой изобретением, является разработка способа определения угловой скорости, позволяющего определять ее при отсутствии потерь в резонаторе кольцевого интерферометра или при их компенсации.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе, также как и в известном, угловую скорость определяют путем формирования первого и второго пучков когерентного оптического излучения с управляемой частотой излучения, изменения параметров пучков с помощью кольцевого интерферометра, ввод измерительных пучков в резонатор кольцевого интерферометра во взаимно противоположных направлениях и их вывод осуществляют с помощью одной и той же петли оптической связи, с последующим направлением пучков на первый и второй фотоприемники соответственно, измерения интенсивности оптического излучения, направленного на фотоприемники, определения разности собственных частот резонатора кольцевого интерферометра для волн, обходящих его по взаимно противоположным направлениям, и определения угловой скорости по величине разности собственных частот. Но в отличие от известного в предлагаемом способе каждый исходный пучок делят на два пучка и с помощью кольцевого интерферометра изменяют параметры только одной из частей каждого исходного пучка, а на каждый фотоприемник направляют часть пучка, прошедшую через интерферометр и оставшуюся часть исходного пучка.

Достигаемым техническим результатом является возможность определения угловой скорости при отсутствии потерь в резонаторе кольцевого интерферометра или при их компенсации.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 представлена схема устройства, в основе работы которого лежит предложенный способ измерения угловой скорости,

на фиг.2 представлен график, иллюстрирующий зависимость интенсивности излучения падающего на фотоприемник 6 от его частоты,

на фиг.3 представлен график, иллюстрирующий зависимость интенсивности излучения, падающего на фотоприемник 8 от его частоты.

Рассмотрим предлагаемый способ на примере работы устройства его реализующего. Устройство схематично изображено на фиг.1. Оно состоит из лазера 7, оптических ответвителей 2, 5, 7 и 9, фазовых модуляторов 3 и 4, фотоприемников 6 и 8 и кольцевого интерферометра 10, соединенных между собой оптическими волноводами, и вычислительной системы 11. Оптические элементы рассматриваемого устройства могут быть выполнены в виде единой интегрально-оптической схемы. Использование технологии интегральной оптики позволяет уменьшить габаритные размеры и стоимость устройства. Лазер 1 является источником монохроматического когерентного излучения. В качестве лазера 1 может использоваться полупроводниковый лазер. Излучение лазера делится оптическим ответвителем 2 на два пучка П1 и П2. Оптимальным, с точки зрения точности определения угловой скорости, является деление лазерного излучения на два пучка равной интенсивности. В качестве ответвителя 2 может использоваться Y-образный ответвитель. Затем пучки П1 и П2 проходят через фазовые модуляторы 3 и 4 соответственно. Фазовые модуляторы изменяют частоту проходящих через них пучков. Управление фазовыми модуляторами осуществляется вычислительной системой 11. В данном устройстве происходит периодическое изменение частоты по линейному закону. В качестве фазовых модуляторов могут использоваться модуляторы, работающие на основе эффекта Поккельса. Полученные частотно модулированные пучки делят при помощи оптических ответвителей 5 и 7 соответственно. Пучок П1 делят на два пучка П11 и П12, а пучок П2 делят на два пучка П21 и П22. Оптимальным, с точки зрения точности определения угловой скорости, является деление пучков П1 и П2 на пучки равной интенсивности. В качестве ответвителей 5 и 7 могут использоваться Х-образные ответвители, состоящие из двух туннельно-связанных оптических волноводов (расположенных достаточно близко друг к другу, так что световая энергия перекачивается из одного в другой). Затем с помощью кольцевого интерферометра 10 изменяют параметры (интенсивность и фазу) пучков П11 и П21. Ввод измерительных пучков в резонатор этого интерферометра и их вывод осуществляют с помощью одной и той же петли оптической связи. Петля оптической связи может представляет собой направленный оптический ответвитель 9. Оптимальным, с точки зрения точности определения угловой скорости, является оптический ответвитель с коэффициентом в единицы процентов. На фотоприемник 6 направляют пучки П11 и П12, а на фотоприемник 8 пучки П21 и П22. В качестве фотоприемников могут использоваться PIN фотодиоды. Измеряют интенсивность оптического излучения, направленного на фотоприемники 6 и 8. Зависимость интенсивности оптического излучения, направленного на фотоприемники 6 и 8 (I6 и I8 соответственно), от его частоты наблюдается даже при отсутствии потерь в резонаторе кольцевого интерферометра или при их компенсации (см. фиг 2 и 3). Собственным частотам резонатора для волн, обходящих его по и против часовой стрелки (fm,cw и fm,ccw соответственно), соответствуют минимумы интенсивности оптического излучения (см. фиг 2 и 3). По минимумам сигналов с фотоприемников вычислительная система 11 определяет собственные частоты, а затем их разность Δf. Известно, что разность собственных частот резонатора кольцевого интерферометра пропорциональна его угловой скорости [Passive fiber-optic ring resonator for rotation sensing / R.E. Meyer, S. Ezekiel, D.W. Stowe and V.J. Tekippe // OPTICS LETTERS / Vol.8, No.12 / December 1983 / p.644]:

Δ f = 4 A λ P Ω ,

где А - площадь, охватываемая контуром резонатора, λ - длина волны, Р - периметр резонатора, Ω - угловая скорость. По величине разности собственных частот вычислительная система определяет угловую скорость.

Таким образом описание способа доказывает достижение технического результата - возможность определения угловой скорости при отсутствии потерь в резонаторе кольцевого интерферометра или при их компенсации.

Способ определения угловой скорости путем формирования первого и второго пучков когерентного оптического излучения с управляемой частотой излучения, изменения параметров пучков с помощью кольцевого интерферометра, ввод измерительных пучков в резонатор кольцевого интерферометра во взаимно противоположных направлениях и их вывод осуществляют с помощью одной и той же петли оптической связи, с последующим направлением пучков на первый и второй фотоприемники соответственно, измерения интенсивности оптического излучения, направленного на фотоприемники, определения разности собственных частот резонатора кольцевого интерферометра для волн, обходящих его по взаимно противоположным направлениям, и определения угловой скорости по величине разности собственных частот, отличающийся тем, что дополнительно каждый исходный пучок делят на два пучка и с помощью кольцевого интерферометра изменяют параметры только одной из частей каждого исходного пучка, а на каждый фотоприемник направляют часть пучка, прошедшую через интерферометр и оставшуюся часть исходного пучка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области приборостроения и касается датчика угловой скорости. Датчик включает в себя волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником и приемником оптического излучения.

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при конструировании измерителей вектора угловой скорости на основе волоконно-оптических гироскопов с использованием одномодовых световодов.

Изобретение относится к оптоэлектронным устройствам для определения параметров движения объектов и может быть использовано для измерения составляющих вектора скорости движения летательных и плавательных аппаратов различного назначения относительно подстилающей поверхности.

Способ включает детектирование отраженных импульсов света, оцифровывание принятых сигналов, расчет дальностей до объектов и скоростей движущихся объектов, определение угловых координат.

Изобретение относится к измерителям скорости интерферометрическим методом по доплеровскому смещению длины волны света, отраженного от исследуемого объекта, с использованием интерферометра Фабри-Перо и может быть использовано для увеличения яркости интерференционной картины на щелевой диафрагме на выходе оптической системы в 2-10 раз при малом увеличении габаритов.

Изобретение относится к оптике, в частности к методам определения скорости быстродвижущихся в пространстве тел. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к оптическим измерителям скорости, например, автомобиля, на котором закреплен измеритель, относительно дороги.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Предложен способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом, включающий настройку и работу лазерного гироскопа в двухчастотном режиме на одной из ортогонально поляризованных мод кольцевого лазера лазерного гироскопа, создание частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера с эллиптической или круговой поляризацией излучения в активном элементе кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, периодическую поочередную работу кольцевого лазера в двухчастотном режиме на модах с ортогональными поляризациями кольцевого лазера, переключение кольцевого лазера на моду с ортогональной поляризацией после каждого очередного момента завершения работы кольцевого лазера на любой из этих мод, в котором предварительно или при измерении угловых перемещений по амплитуде сигнала вращения, или по величине частотной подставки, или по величине сигнала расстройки периметра, или по напряжению на пьезоголовке определяют промежутки времени во время переключений поляризации для мод с ортогональными поляризациями, в которых будут использованы результаты измерений угловых перемещений с учетом ошибок, обусловленных изменением частоты подставки из-за расстройки периметра кольцевого лазера, вызванной переключением поляризации, предварительно измеряют и/или вычисляют для мод с ортогональными поляризациями зависимость частоты подставки от величины сигнала расстройки периметра резонатора кольцевого лазера, при каждом очередном переключении во время измерений угловых перемещений в выбранных промежутках времени этого переключения в каждой соответствующей моде с ортогональной поляризацией измеряют зависимость сигнала расстройки периметра кольцевого лазера от времени, для каждого выбранного промежутка времени при каждом данном переключении при измерении угловых перемещений рассчитывают и учитывают ошибки, обусловленные изменением величины частоты подставки из-за расстройки периметра резонатора кольцевого лазера при переключении поляризации, используя предварительно измеренную и/или вычисленную зависимость частоты подставки от величины сигнала расстройки периметра резонатора кольцевого лазера для соответствующей моды и измеренную для этой же моды при данном переключении зависимость сигнала расстройки периметра от времени в этом же выбранном промежутке времени данного переключения.

Предложенное изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Предложен способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом, включающий настройку и работу лазерного гироскопа в двухчастотном режиме на одной из ортогонально поляризованных мод кольцевого лазера лазерного гироскопа, создание знакопеременной частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера с эллиптической или круговой поляризацией излучения в активном элементе кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, периодическую поочередную работу кольцевого лазера в двухчастотном режиме на модах с ортогональными поляризациями кольцевого лазера, переключение кольцевого лазера на моду с ортогональной поляризацией после каждого очередного момента завершения работы кольцевого лазера на любой из этих мод, в котором предварительно измеряют и/или вычисляют для мод с ортогональными поляризациями зависимость частоты подставки от величины расстройки периметра резонатора кольцевого лазера.
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Предложен способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом, включающий настройку и работу лазерного гироскопа в двухчастотном режиме на одной из ортогонально поляризованных мод кольцевого лазера лазерного гироскопа, создание частотной подставки с помощью наложения магнитного поля на активный элемент кольцевого лазера с эллиптической или круговой поляризацией излучения в активном элементе кольцевого лазера, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, периодическую поочередную работу кольцевого лазера в двухчастотном режиме на модах с ортогональными поляризациями кольцевого лазера, переключение кольцевого лазера на моду с ортогональной поляризацией после каждого очередного момента завершения работы кольцевого лазера на любой из этих мод, в котором предварительно измеряют изменение напряжения на пьезоголовке кольцевого лазера, соответствующее переходу от моды одного знака поляризации к ближайшей моде с ортогональной поляризацией, при измерении угловых перемещений непосредственно перед началом каждого переключения отключают систему регулировки периметра от пьезоголовки датчика, после этого, пока на пьезоголовке не изменилось напряжение от работы на прежней моде, подают на пьезоголовку дополнительное измеренное ранее напряжение, соответствующее переходу от моды одного знака поляризации к ближайшей моде с ортогональной поляризацией, при этом знак подаваемого дополнительного напряжения определяют так, чтобы суммарное напряжение находилось в области регулирования системы регулировки периметра, переключают фазу системы регулировки периметра на настройку и работу на моде с ортогональной поляризацией, подключают систему регулировки периметра к пьезоголовке датчика в выбранное предварительно или во время данного переключения время, после чего система регулировки периметра в автоматическом режиме завершает подстройку частоты кольцевого лазера лазерного гироскопа на моду с ортогональной поляризацией.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. Предложен способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом, включающий настройку и работу лазерного гироскопа в двухчастотном режиме на одной из ортогонально поляризованных мод кольцевого лазера лазерного гироскопа, создание частотной подставки с помощью магнитного поля, выделение информации об угловых перемещениях из информации, поступающей от кольцевого лазера, периодическую поочередную работу кольцевого лазера в двухчастотном режиме на модах с ортогональными поляризациями кольцевого лазера, переключение кольцевого лазера на моду с ортогональной поляризацией после каждого очередного момента завершения работы кольцевого лазера на любой из этих мод.

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при конструировании волоконно-оптических гироскопов. Способ предназначен для расширения диапазона измерения угловых скоростей волоконно-оптического гироскопа с открытым контуром, содержащего волоконный кольцевой интерферометр и электронный блок обработки информации, который содержит синхронный детектор для выделения амплитуды сигнала вращения и электронное устройство деления накопленной информации на выходе синхронного детектора на постоянную составляющую сигнала на входе синхронного детектора, а также контур обратной связи по обнулению сигнала рассогласования и содержащего генератор напряжения вспомогательной фазовой модуляции.

Изобретение относится к технике разработки гироскопов. Волоконно-оптический гироскоп (ВОГ) содержит многовитковый замкнутый контур из оптического волокна в виде одномодового двулучепреломляющего световода, излучатель и фотоприемник, два ответвителя, поляризатор, фазовый модулятор и фазовый детектор, а также усилитель, фильтр и генератор.

Изобретение относится к области лазерных информационно-измерительных систем и может быть использовано при создании твердотельных лазерных гироскопов. .

Изобретение относится к области твердотельных кольцевых лазеров или лазерных гироскопов. .
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. .
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. .

Предложенное изобретение относится к устройствам для цифровой обработки информации, поступающей от гиролазера (лазерного гироскопа). Предложенный гиролазер с оптическим резонатором содержит множество зеркал, по меньшей мере один фотодатчик (101), выдающий два оптических сигнала (102, 103) со сдвигом фазы на 90°, при этом упомянутые сигналы (102, 103) являются оцифрованными (401, 402), средства (128) управления положением одного из упомянутых зеркал путем преобразования электрического сигнала в механическое усилие, средства (135) активации упомянутого гиролазера в колебательном движении путем преобразования электрического сигнала колебания (306) в механическое усилие и средства (118) измерения угловой скорости (120) упомянутого гиролазера, отличающийся тем, что дополнительно содержит: средства (405) извлечения фазы α и модуля ρ или квадрата модуля ρ упомянутых оптических сигналов (102, 103), средства (409) автоматического регулирования длины оптического резонатора, средства (411) дифференцирования упомянутой фазы α на заданный период времени, чтобы выдать сигнал (408), содержащий общую информацию движения упомянутого гиролазера, средства (410) автоматического регулирования активации упомянутого гиролазера по упомянутому колебательному движению, принимающие упомянутый сигнал (408), из которого извлекают оценку (300) колебательного движения, сообщаемого упомянутому гиролазеру упомянутыми средствами (135) активации, и производящие упомянутый сигнал колебания (306), амплитуду которого регулируют по заданному значению амплитуды (129). Данное изобретение обеспечивает стабильность амплитуды активации и позволяет повысить характеристики систематических ошибок гиролазера. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх