Изменение частоты

При методе фазовой модуляции труднодостижим широкий динамический диапазон и стабильность масштабного коэффициента. Одно из технических решений этой проблемы - включение в оптическую систему фазового сдвигателя световой волны с большим динамическим диапазоном и хорошими линейными характеристиками и применение нулевого метода (гомодинирования). Все это сводится к изменению частоты.

На рис. 24.6 приведена структура гироскопа, который спроектирован на базе метода изменения частоты. В данной системе между световыми лучами с левым и правым вращением плоскости поляризации благодаря частотному сдвигателю (акусто-оптическому модулятору - АОМ) возникает частотная разность Δ ω =2 π (f ₁– f ₂). При этом в приемнике возникает разность фаз Δ φ, пропорциональная частотной разности:

, (24.8)

что позволяет реализовать здесь нулевой метод, т. е. компенсировать разность фаз, обусловленную эффектом Саньяка. Для этого регулируется частота f ₁. С учетом формул (24.5) и (24.8) получается

, (24.9)

т. е. изменение частоты возбуждения АОМ должно быть пропорционально угловой скорости Ω.

Подсчетом Δ f можно определить угловое положение. При этом достигается широкий динамический диапазон. Кроме того, в отличие от метода фазовой модуляции в выражение масштабного коэффициента не входит глубина модуляции и мощность источника света, а, следовательно, сравнительно легко добиться стабильности работы такого датчика.

Когда гироскоп находится в состоянии покоя, то между световыми волнами, распространяющимися в волокне в противоположных направлениях, имеется смещение частотной разности Δ ω_в и при колебаниях центральной частоты источника света и длины оптического волокна возникает дрейф сигнала. Кроме того, иногда частота возбуждения АОМ достигает примерно 100 МГц, т. е. становится больше того значения Δ f, которое компенсирует так называемое входное вращение и определяется из формулы (24.9). Поэтому, как показано на рис. 24.6, используя два АОМ, добиваются Δ ω_в = 0. А для ликвидации фазового изменения, обусловленного эффектом Саньяка, оставляется только минимальная необходимая частотная разность Δ f.

Поскольку в этом случае на участке между двумя АОМ световые лучи с левым и правым вращением плоскости поляризации сохраняют большую частотную разность (около 200 МГц), то дрейф, возникающий вследствие изменения длины оптического пути (изменение длины, в свою очередь, вызвано температурными отклонениями и механическими колебаниями этой части гироскопа), не оказывает влияния на характеристики метода фазовой модуляции.

Чувствительность гироскопа со схемой на рис. 24.6 повышается с помощью электронно-оптического фазового модулятора (ЭОМ), и в целом данную систему можно считать улучшенным вариантом системы с фазовой модуляцией. Практически, если исключить АОМ, гироскопы на рис. 24.5 и 24.6 структурно одинаковы.

Дата добавления: 2014-01-15