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=Δω_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!

Библиографический список

1. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика / Г. Агравал. – М.: Мир, 1996. – 323 с.

2. Андрушко Л.М. Волоконно-оптические линии связи / Л.М. Андрушко, И.И. Гроднев, И.П. Панфилов. – М.: Радио и связь, 1984. – 136 с.

3. Балакший В.И. Физические основы акустооптики / В.И. Балакший, В.Н. Парыгин, Л.Е. Чирков. - М.: Радио и связь,1985. - 280с.

4. Булычев А.Л. Электронные приборы / А.Л. Булычев. - М.: Лайт ЛТД, 2000.- 480 с.

5. Бутусов М.М. Волоконная оптика и приборостроение / М.М. Бутусов, С.Л. Галкин [и др.]. – Л.: Машиностроение, 1987. – 328 с.

6. Василевский А.М. Оптическая электроника / А.М. Василевский. - Л: Энергоатомиздат, 1990 – 196 с.

7. Введение в технику измерений оптико-физических параметров световодных систем / А.Ф. Катюк, Ю.А. Курчатов, Ю.П. Майборода [и др.]. – М.: Радио и связь, 1987. – 224 с.

8. Верник С.М. Оптические кабели связи / С.М. Верник, В.Я. Гитин, В.С. Иванов. – М.: Радио и связь, 1988. – 144 с.

9. Виноградов В.В. Волоконно-оптические линии связи / В.В. Виноградов, В.К. Котов, В.Н. Нуприк. – М.: ИПК «Желдориздат», 2002 – 278 с.

10.Волоконно-оптические линии связи: справочник / Л.М. Андрушко, В.А. Вознесенский, В.Б. Каток [и др.]. – Киев: Техника, 1988. – 240 с.

11.Волоконно-оптические системы передачи / М.М. Бутусов, С.М. Верник, С.А. Галкин [и др.]. – М.: Радио и связь, 1992. – 416 с.

12.Волоконно-оптические системы передачи и кабели: справочник / И.И. Гроднев, А.Г. Мурадян, Р.М. Шарафутдинов [и др.]. – М.: Радио и связь, 1993. – 264 с.

13.Волноводная оптоэлектроника / ред. Т. Тамар. – М.: Мир, 1995. – 575 с.

14.Гауэр Дж. Оптические системы связи / Дж. Гауэр. - М.: Радио и связь, 1988. – 504 с.

15.Гондя С. Оптоэлектроника в вопросах и ответах / С. Гондя, Д.С. Сэко. - Л.:Энергоатомиздат,1989. – 216 с.

16.Гончарский А.В. Введение в компьютерную оптику / А.В. Гончарский, В.В. Попов, В.В. Степанов. – М.: Изд-во МГУ, 1991. - 312 с.

17.Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. – М.: Радио и связь, 1990. – 224 с.

18.Гроднев И.И. Оптические кабели / И.И. Гроднев, Ю.Т. Ларин, И.И. Теумин. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 294 с.

19.Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику / Дж. Гудмен. - М.: Мир,1970. – 364 с.

20.Жеребцов И.П. Основы электроники / И.П. Жеребцов. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 456 с.

21.Леонова Н.В. Волоконно-оптические системы передачи: курс лекций / Н.В. Леонова. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. – 172 с.

22.Микаэлян А.Л. Оптические методы в информатике / А.Л. Микаэлян. – М.: Наука, 1990. – 232 с.

23.Мурадян А.Г. Оптические кабели связи многоканальных линий связи / А.Г. Мурадян, И.С. Гольдфарб, В.П. Иноземцев. – М.: Радио и связь, 1987. – 200 с.

24.Передача и обработка информации голографическими методами / ред. С.Б. Гуревич. – М.: Сов. радио, 1978. – 304 с.

25.Окоси Т. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси и др. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 256 с.

26.Оптические системы передачи / ред. В.И. Иванов. – М.: Радио и связь, - 1994. – 224 с.

27.Семенов А.Б. Волоконная оптика в локальных и корпоративных сетях связи / А.Б. Семенов. – М.: Компьютер Пресс, 1998. – 302 с.

28.Семенов А.С. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации / А.С. Семенов, В.Л. Смирнов, А.В. Шмалько. – М.: Радио и связь, 1990. – 224 с.

29.Солименко С. Дифракция и волноводное распространение оптического излучения / С. Солименко, В. Крозиньяни, П. ди Порто. – М.: Мир, 1989. – 664 с.

30.Стерлинг Д. Дж. Техническое руководство по волоконной оптике / Д. Дж. Стерлинг. – М.: ЛОРИ. 1998. - 288 с.

31.Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий связи / ред. Б.В. Попов. – М.: Радио и связь, 1996. – 200 с.

32.Суэматцу Я. Основы оптоэлектроники / Я. Суэматцу. - М.: Мир,1988

33.Унгер Г.Г. Оптическая связь / Г.Г. Унгер. – М.: Связь, 1979. – 264 с.

34.Функциональные устройства обработки сигналов (Основы теории и алгоритмы) / ред. Ю.В. Егоров. - М.: Радио и связь, 1997. - 286 с.

35.Хансперджер Р. Интегральная оптика / Р. Хансперджер. – М.: Мир, 1985. – 384 с.

36.Юу Ф.Т.С. Введение в теорию дифракции, обработку информации и голографию / Ф.Т.С. Юу. - М.: Сов. Радио, 1979. - 304с.

1. П. Чэн Ш.-К. Принципы проектирования систем визуальной информации.- М.: Мир, 1994. – 408 с.