Современные гироприборы

Указатель широты.

Двухстепенный гироскоп – гирокомпас.

Леон Фуко в 1852 году на Парижской продемонстрировал 3-х степенный гироскоп и пару 2-х степенных гироскопов.

Наземный гирокомпас Фуко.

Оξ – по радиусу

Оζ – на север

Оη – на восток

ξ, η, ζ – местная система координат

x, y, z – с.к. связанная с внутренней рамкой

Фуко знал, что ось наружной рамки нужно расположить вертикально.

Ось собственного вращения Н совместился с осью Оζ!!

Это выдающееся свойство 2-х степенного гироскопа.

На основе этого гироскопа сделаны сложнейшие и тончайшие схемы гирокомпасов.

1302 г. – создание магнитного компаса. Флавио Джойля.

1906 г. – изобретение гирокомпаса Аншутса. Находится в Штутгарте.

Принцип действия:

1) Опыт.

Предположим, ротор начал вращаться вокруг своей оси, направление которой отлично от земной оси. В силу закона сохранения момента импульса, ротор будет сохранять свою ориентацию в пространстве. Поскольку Земля вращается, неподвижный относительно Земли наблюдатель видит, что ось гироскопа делает оборот за 24 часа. Такой вращающийся гироскоп сам по себе не является навигационным средством. Для возникновения прецессии ротор удерживают в плоскости горизонта, например, с помощью груза, удерживающего ось ротора в горизонтальном положении по отношению к земной поверхности. В этом случае сила тяжести будет создавать крутящий момент, и ось ротора будет поворачиваться на истинный север. Поскольку груз удерживает ось ротора в горизонтальном положении по отношению к земной поверхности, ось никогда не может совпадать с осью вращения Земли (кроме как на экваторе).

2) Опыт.

Измеритель широты места

Направление на полярную звезду. Угол между плоскостью Оζ и осью собственного вращения (осью кинетического момента) измеряют шкалой либо датчиком угла(ДУ).

Сущность эффекта Саньяка заключается в следующем. Если в замкнутом оптическом контуре в противоположных направлениях распространяются два световых луча, то при неподвижном контуре фазовые набеги обоих лучей, прошедших весь контур, будут одинаковыми. При вращении контура вокруг оси, нормальной к плоскости контура, фазовые набеги лучей неодинаковы, а разность фаз лучей пропорциональна угловой скорости вращения контура.

Первый новейший гироскоп это лазерный гироскоп.

Оптические гироскопы – это гироскопы построенные на основах общей теории относительности и квантовой механики. Это в первую очередь относится к свойствам материальных микрочастиц и к свету, состоящему из микрочастиц. Эти частицы обладают квантовыми свойствами.

(1)

В 1962 г американские ученые Макцек и Девис изобрелилазерный гироскоп. Это прибор, в котором наблюдается перемещение интерференционной картины на фотоприемнике, которая пропорциональна угловой скорости вращения

k – коэффициент передачи.

Лазерные гироскопы совершенно отличаются по принципу действия от классических гироскопов. Это чисто информационные приборы, где источником излучения являются лазеры (оптические квантовые генераторы) и выходная информация определяется по интерференционной картине.

В настоящее время ЛГ по своей точности подошли в плотную к поплавковым гироскопам и сместили классические гироскопы в серийном производстве.

(устройство ЛГ)

Самым важным условием для гироскопа является обеспечение условия резонанса. На длине периметра помещается целое число длин волн (50 – 200 тысяч).

Три просверлинные отверстия и зеркала образуют резонатор. Плоскость резонатора перпендикулярна измерительной оси.

Через три круглых отверстия прибор крепится штифтами.

Работа прибора

При включении питания (+500 В на анод и -500 В на катод) за счет возбуждения происходит переход электронов с нижних энергетических уровней на верхние (это сопровождается поглощением энергии извне). Это состояние электронов является не устойчивым и они переходят на более нижние энергетические уровни (сопровождается испусканием фотонов – света).

Длина резонатора выбирается такой, чтобы обеспечить наилучшие условия перехода для резонансной частоты. Другие переходы ослабляются и гироскоп генерирует два встречных потока электромагнитных волн.

В резонаторе колебания происходят в одной плоскости.

При отсутствии угловой скорости эти волны складываются – интерферируют (рис. А). Если появляется то картина будет перемещаться влево (рис. Б), при картина будет перемещаться в противоположную сторону (рис. В).

(1)

s – площадь охватываемой оптическим резонатором;

L – периметр L=;

(2)

(3)

(4)

Для того, чтобы определить частоту перемещения ставят два фотоприемника. Диаметры их должны быть меньше, чем размеры полосы(примерно в 10-100 раз).

Три фотоприемника позволяют определить частоту и направление импульсов.

Интерференционная картина начинает движение в силу того, что луч света двигающийся в направлении движения объекта имеет меньшую частоту, чем у встречного луча. Складываясь в призме, наблюдается перемещение интерференционной картины.

Функционально ЛГ исполняет функцию ИГ и его можно устанавливать в гиростабилизаторы

Дата добавления: 2014-01-07