волоконно-оптический гироскоп

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП - скоростной квантовый гироскоп, основанный на использовании эффекта Саньяка - смещения интерференционных полос во вращающемся кольцевом интерферометре (см. Саньяка опыт ).Это смещение возникает вследствие зависимости времени обхода светом вращающегося контура от скорости вращения и направления обхода. Согласно общей теории относительности, разность времени обхода вращающегося контура равна:

где - угл. скорость вращения, - полярные координаты точек контура. Учитывая, что ,можно записать в виде, к-рый интерпретируется в рамках нерелятивистской кинематики:

где 5 - площадь контура,- угол между осью вращения и нормалью к плоскости контура. В результате величина сдвига интерференционных полос определяется выражением:

где - длина волны света в вакууме. Регистрация малых угл. скоростей вращения требует большой площади контура, поэтому практич. использование эффекта Саньяка стало осуществимым лишь с появлением волоконных световодов.

Схема волоконно-оптического гироскопа. 1 - источник света; 2 - светоделительная пластинка; 3 - катушка с оптическим волокном; 4 - диафрагма; 5 - фотоприёмник; 6 - схема обработки информации; 7 - микрообъективы.

Чувствительным элементом В--о. г. является многовитковая катушка со спец. волоконным световодом, обеспечивающим стабильность поляризаций и разности фаз интерферирующих воля (рис.). Сдвиг интерференционных полос пропорционален числу витков световода в катушке, не зависит от положения оси вращения относительно центра катушки, от формы площади катушки S, от показателя преломления световода (без учёта дисперсии) и записывается в виде:

где - длина световода, Л - радиус катушки.

Для увеличения точности В--о. г. используется ряд методов. Так, напр., флуктуации интерференционных полос из-за рэлеевского рассеяния и невзаимные сдвиги фаз за счёт разности интенсивностей встречных волн могут быть уменьшены при использовании источников излучения с широким спектром - полупроводниковых лазеров или суперлюминесцентных диодов. Влияние невзаимных эффектов из-за изменения двойного лучепреломления в волокне при разл. внеш. воздействиях (механич., тепловых, акустических и пр.) может быть ослаблено при использовании одномодовых световодов (см. Волоконная оптика). Т.к. прямое измерение сдвига интерференционной полосы сильно ограничивает точность и динамич. диапазон, в реальных В--о. г. применяются более сложные методы регистрации, использующие фазовую модуляцию, фазовую компенсацию, гетеродинные методы и т. д.

Предельная чувствительность В--о. г. (~10^-4 град/ч) ограничивается нестабильностью характеристик оптич. волокна, рассеянием света в нём, шумами фотоприёмника. Достоинства В--о. г.- малые габариты и вес, дешевизна.

Лит.: Инерциальная навигация, пер. с англ., ''ТИИЭР'', 1983, т. 71, № 10, с. 47. Я. В. Кравцов, A. H. Шелаев.

   <<      Предметный указатель      >>