ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП


ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП
ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП

       

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП

(фотонный гироскоп) - квантовый гироскоп, чувствительным элементом к-рого является кольцевой лазер, генерирующий 2 встречные волны. Действие Л. г. основано на зависимости разности собств. частот кольцевого оптического резонатора для встречных волн от скорости его вращения относительно инерциальной системы отсчёта. В отличие от волоконно-оптического гироскопа, регистрирующего угл. скорость вращения, Л. г. позволяет определять изменение угла поворота.

2544-31.jpg

Рис. 1. Принципиальная схема лазерного гироскопа: З t3 - зеркала; А - активная среда; З 4, З 5 - зеркала смесителя встречзых волн (З 6 - полупрозрачное); Н- невзаимный элемент; Ф - фотодетектор; П - блок питания; С - система стабилизации параметров лазера; И - система обработки информации.


Резонатор кольцевого лазера состоит из 3 (или 4) отражателей (зеркал или призм), установленных на Жёстком основании и обеспечивающих замкнутую траекторию (треугольник или прямоугольник) для встречных волн (рис. 1). Возникновение разности частот встречных волн следует из зависимости времени обхода светом вращающегося контура от скорости вращения и направления обхода. Согласно общей теории относительности, разность времён обхода вращающегося контура 2544-32.jpg (в приближении малости линейной скорости вращения по сравнению со скоростью света с )записывается в виде, к-рый может быть интерпретирован и в рамках классич. кинематики:

2544-33.jpg

Здесь 2544-34.jpg -время обхода неподвижного контура, S, L - площадь и оптич. периметр контура (с учётом показателя преломления), 2544-35.jpg - угл. скорость вращения (в рад/с), 2544-36.jpg- угол между осью вращения и нормалью к плоскости контура.

Т. к.2544-37.jpg связана с различием оптич. путей встречных волн соотношением 2544-38.jpg , a L определяет собств. частоты резонатора, частоты вращающегося кольцевого резонатора для встречных волн 2544-39.jpg (+ для волны, распространяющейся по направлению вращения) становятся разными:

2544-40.jpg

Здесь 2544-41.jpg - частота волн в неподвижном резонаторе (m - целое число). Разность (2544-42.jpg) не зависит от формы контура, положения оси вращения относительно центра резонатора и может быть записана в виде

2544-43.jpg

где K=4S/2544-44.jpgL наз. масштабным коэф. Л. г., 2544-45.jpg= = (2544-46.jpg )/2 - длина волны излучения покоящегося Л. г.

Разностная частота 2544-47.jpg (2544-48.jpg10-2-105 Гц) выделяется фотодетектором при пространств. совмещении (смешении) небольшой части энергии (2544-49.jpg0,1%) встречных световых волн (2544-50.jpg1014 Гц), выведенной из кольцевого резонатора (31, 32, 33) через выходное частично прозрачное зеркало 33. Смеситель состоит из зеркал 34, 35 (35 - полупрозрачное; рис. 1) или спец. призмы с углом при вершине 2544-51.jpg90°. Синусоидальный сигнал на выходе фотодетектора преобразуется в измерит. устройстве в последовательность импульсов, регистрируемых счётчиком. Число импульсов пропорц. углу поворота в плоскости кольцевого лазера. Один импульс на 2544-52.jpg выходе счётчика соответствует повороту Л. г. на

Большая величина К позволяет измерять малые скорости вращения при небольших размерах Л. г. Напр., для кольцевого гелий-неонового лазера (2544-53.jpg=6,3282544-55.jpg 10-6 см), имеющего резонатор в виде квадрата со стороной 10 см, K=1,58 105. При этом суточное вращение Земли, происходящее с угл. скоростью 15 град/ч и регистрируемое на широте 60°, должно давать 2544-56.jpg 10 Гц. Считая угл. скорость вращения Земли известной и постоянной, можно с точностью 2544-57.jpg определить широту, на к-рой расположен Л. г.

С квантовомеханич. точки зрения Л. г. представляет собой прибор, вращение к-рого вызывает изменение энергий 2544-58.jpg и орбитальных моментов 2544-59.jpg макроскопич. "орбит" фотонов, распространяющихся во встречных направлениях:

2544-60.jpg

где 2544-61.jpg - величины проекций орбитальных моментов на нормаль к плоскости кольцевого резонатора, 2544-62.jpg= 2S/L - эффективный радиус орбиты. Из (4) следует, что 2544-63.jpg. Учитывая, что 2544-64.jpg, получим выражение (3).

Зависимость 2544-65.jpg (выходная характеристика Л. г., рис. 2) в реальном кольцевом лазере отличается от (3) из-за влияния нелинейных свойств активной среды и наличия связи встречных волн вследствие обратного рассеяния. В области малых 2544-66.jpg связь встречных волн приводит к захвату их частот (см. Затягивание частоты). Поэтому выходная характеристика Л. г. имеет область нечувствительности к вращению (зону захвата -2544-67.jpg, 2544-68.jpg). Кроме того, зависимость 2544-69.jpg имеет ги-стерезисный характер: частоты, соответствующие входу в зону захвата (2544-70.jpg) и выходу из неё (2544-71.jpg), различны. При изменении величины обратного рассеяния R и фазы 2544-72.jpg рассеянных волн 2544-73.jpg изменяется в пределах

2544-74.jpg

где 2544-75.jpg -величина зоны захвата (2544-76.jpg=0 при 2544-77.jpg<2544-78.jpg). Для лучших Л. г. 2544-79.jpg10-3 рад/с.

Для регистрации малых 2544-80.jpg в Л. г. создаётся нач. частотное расщепление встречных волн 2544-81.jpg с помощью небольших (2544-82.jpg ) в общем случае непериодических угл. колебаний кольцевого лазера. Нач. расщепление может быть создано также с помощью помещаемых внутрь кольцевого резонатора частотных невзаимных элементов. Наиб. часто используются невзаимные элементы на основе Фарадея эффекта.

2544-83.jpg

Рис. 2. Частотные характеристики лазерного гироскопа: 1 - идеальная (2544-84.jpg ), 2, 3 - теоретические [2544-85.jpg= 2544-86.jpg ], 4 - область реальной характеристики.


В качестве активной среды в Л. г. обычно используется газовая смесь двух изотопов неона (20Ne, 22Ne) с Не, характеризующаяся неоднородно уширенной линией рабочего перехода. Это позволяет устранить конкурентное взаимодействие встречных волн и полунить высокую стабильность. Исследуются кольцевые лазеры с кристаллич. или стеклообразной активной средой.

Предельная точность измерения 2544-87.jpg10 -4 град/ч определяется естеств. флуктуациями разности частот встречных волн в кольцевом лазере. В реальных Л. г. достигается погрешность измерения 2544-88.jpg 10-2-10-3 град/ч при времени измерения 2544-89.jpg1 с.

Преимущества Л. г. перед традиц. механич. гироскопами: возможность использования в системах, где гироскоп жёстко связан с движущимся объектом; цифровой выход информации; большой диапазон 2544-90.jpg; малая чувствительность к перегрузкам и малое время (2544-91.jpg1 с) запуска.

Лит.: Ароновиц Ф., Лазерные гироскопы, в кн.: Применения лазеров, пер. с англ., М., 1974; Бычков С. И., Лукьянов Д. П., Бакаляр А. И., Лазерный гироскоп, М., 1975; Курицки М. М., Голдстайн М. С., Инерциальная навигация, пер. с англ., "ТИИЭР", 1989, т. 71, № 10, с. 47. Я. В. Кравцов, А. Н. Шелаев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП" в других словарях:

  • лазерный гироскоп — Гироскоп на основе лазера с кольцевым резонатором, в котором по замкнутому оптическому контуру распространяются встречные электромагнитные волны. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 118. Гироскопия. Академия наук СССР. Комитет научно… …   Справочник технического переводчика

  • Лазерный гироскоп — Схема лазерного гироскопа. Здесь луч лазера циркулирует с помощью зеркал и постоянно усиливается лазером (а точнее квантовым усилителем). Замкнутый контур имеет ответвление через полупрозрачное зеркало (или, например, через щель) в датчик на базе …   Википедия

  • лазерный гироскоп — lazerinis giroskopas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. laser gyroscope vok. Lasergyroskop, n; Laserkreisel, m rus. лазерный гироскоп, m pranc. gyroscope à laser, m; gyroscope laser, m …   Fizikos terminų žodynas

  • Лазерный гироскоп —         см. Квантовый гироскоп …   Большая советская энциклопедия

  • ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП — квантовый оптич. прибор для измерения угловой скорости объектов, действие к рого основано на эффекте расщепления собств. частот в лазере с кольцевым оптич. резонатором (кольцевом лазере). В замкнутом контуре кольцевого лазера генерируются две… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • Гироскоп — Иллюстрация к основному свойству 3 степенного гироскопа (идеализированное функционирование). Гироскоп (от др. греч …   Википедия

  • ГИРОСКОП — (от греч. gyros круг, gyreuo кружусь, вращаюсь и skopeo смотрю, наблюдаю), быстро вращающееся симметричное тв. тело, ось вращения к рого (ось симметрии) может изменять своё направление в пр ве. Г. обладает рядом интересных св в, наблюдаемых у… …   Физическая энциклопедия

  • Волоконно-оптический гироскоп — По круговому оптическому пути, благодаря расщепителю луча свет распространяется в двух противоположных направлениях. Волоконно оптический гироскоп (ВОГ)  это оптико электронный прибор, измеряющий абсолютную (относительно инерциального… …   Википедия

  • Оптический гироскоп — Схема лазерного гироскопа. Здесь луч лазера циркулирует с помощью зеркал и постоянно усиливается лазером (а точнее квантовым усилителем). Замкнутый контур имеет ответвление через полупрозрачное зеркало (или, например, через щель) в датчик на базе …   Википедия

  • Фотонный гироскоп — Схема лазерного гироскопа. Здесь луч лазера циркулирует с помощью зеркал и постоянно усиливается лазером (а точнее квантовым усилителем). Замкнутый контур имеет ответвление через полупрозрачное зеркало (или, например, через щель) в датчик на базе …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.