Гироскопы пассивного типа с кольцевым резонатором

Повысить чувствительность гироскопа на эффекте Саньяка можно с помощью кольцевого оптического резонатора, используя для этого полупрозрачное зеркало с высоким коэффициентом отражения. Резонатор представляет собой интерферометр Фабри - Перо в форме кольца. При этом выходной сигнал приемника резко реагирует на изменение фазы ωτ при однократном прохождении световой волной кольцевого оптического пути. Следовательно, можно создать высокочувствительный датчик, например, измеряющий смещение резонансного пика, обусловленное поворотом. Другими словами, можно уменьшить длину волокна чувствительного кольца, а если гироскоп среднего класса, то вполне можно использовать даже одновитковое волоконное кольцо, соединенное с оптической интегральной схемой.

В подобной структуре гироскопа для получения острой резонансной характеристики требуется световой источник с высокой когерентностью излучения, в то время как в волоконно-оптическом гироскопе, описанном ранее, для улучшения характеристик требуется, наоборот, световой источник с низкой когерентностью.

Гироскоп пассивного типа с кольцевым резонатором, благодаря высокому коэффициенту качества резонатора (F =Δ ω_FRS, где ω_FRS - полный спектральный диапазон) и острому пику резонансной характеристики, обладает резкой реакцией на изменение резонансной частоты, обусловленное эффектом Саньяка, а значит, и высокой чувствительностью, к тому же при сравнительно малой длине оптического пути. Высокий коэффициент качества резонатора предполагает высокий коэффициент отражения полупрозрачного зеркала (~95 %), малые потери на кольцевом оптическом пути, а также высокую когерентность источника света, и тем большую, чем уже резонансный спектр. Таким образом, если в волоконно-оптическом гироскопе, описанном в предыдущем разделе, для повышения разрешающей способности требовалось снизить когерентность источника света, то здесь наоборот повысить.

На рис. 24.8представлена оптическая система гироскопа с кольцевым резонатором. Здесь вместо полупрозрачного зеркала (рис. 24.3, в) используется волоконно-оптический ответвитель, а в качестве кольцевого резонатора - то же одномодовое оптическое волокно. Определяемая угловая скорость соответствует разности резонансных частот, измеряемых для световых волн, распространяющихся в противоположных направлениях. В данной оптической системе использован нулевой метод, при котором изменение резонансной частоты, обусловленное эффектом Саньяка, сопровождается изменением частоты возбуждения АОМ. Здесь, так же как в волоконно-оптических гироскопах с изменением частоты, в гироскопе со световым гетеродинированием и в кольцевых лазерных гироскопах, на выходе получается электрический сигнал с частотой, пропорциональной угловой скорости гироскопа.

Контрольные вопросы

1.

Заключение

На сегодняшний день оптическая электроника одна из наиболее развитых областей науки и техники. Ее популярность объясняется рядом уникальных свойств оптоэлектронных систем:

· высокая помехозащищенность (вследствие невосприимчивости оптоэлектронных приборов к воздействию внешних электромагнитных полей);

· пренебрежимо малое вносимое в исследуемую среду возмущение (оптическое излучение, используемое в исследованиях и измерениях, несет в себе так мало энергии, что практически не влияет на свойства исследуемого объекта);

· сравнительно небольшое электропитание (по сравнению с другими приборами);

· абсолютная безвредность для человека (волны оптического диапазона не оказывают вредно воздействия на человеческий организм, в отличие от волн радио- и, в особенности, СВЧ-диапазона).

Эти и ряд других уникальных свойств оптической электроники определили ее бурное, стремительное развитие в последние десятилетия, а также невероятную перспективность в будущем.

Оптоэлектронные приборы не просто лучше других, т.е. использующих другие физические принципы, систем. Они позволяют решать производственные, научные, бытовые задачи на качественном новом уровне. Применение устройств оптического диапазона расширяет возможности науки и техники, делая проще, выгоднее, быстрее, качественнее уже существующие технологические процессы и, что наиболее важно, позволяя реализовать невозможные ранее.

В различных областях науки и техники приборы оптической электроники позволяют получать результаты, недостижимые с помощью традиционных приборов. В этом состоит самое важное свойство оптоэлектронных приборов – уникальность!

Уникальность свойств оптоэлектронных приборов, универсальность применения выгодно отличает их от приборов традиционной электроники. Приборы оптической электроники по праву занимают главенствующие место в технологиях обработки и передачи информации, в науке, промышленности, быту. За оптоэлектронными технологиями настоящее и за ними, несомненно – будущее!

Дата добавления: 2014-01-15