Устройство для измерения угловой скорости

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК А 51)5 С О 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМГКНТ СССР ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЫ:ТВУ рость света, М - ломления волокон локонный фазовый ляет собой обычн показатель преого световода. Вомодулятор представ- пьезокерамическую(71) Институт радиотехники и электроники АН СССР(56) Авторское свидетельство СССР М 803658,кл. С О Р 1/36, 1980,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано,для измерения угловой скорости.Известно устройство дпя измерения угловой скорости по авт.ся .Р 803658, содержащее источник когерентного оптического излучения, волоконный светодиод, свернутый в многовитковое, кольцо, устройство ввода и вывода оптического излучения, Фазовый мо" дулятор, фотоприемник, при этом Фа- , зовый модулятор расположен на участ-. ке светодиода, находящемся на рас- . стоянии меньшем половины от одного из его входов, при этом частота Фазовой модуляции определяется ус 2 Словием И = - агсзп где С - ско 20 801044171(54) (57.) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯУГЛОВОЙ СКОРОСТИ по авт.св.Р 803658,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения его точности прибольших. скоростях и расширения динамическогс диапазона измеряемых угловых скоростей, оно снабжено импульсным блоком управления, первыймодулирующий выход которого подключен к источнику когерентного оптического излучения, второй модулирующий выход - к Фазовому модулятору, авыход коммутации - к Фотоприемнику пластинку, к которой приклеивается ипи прижимается волоконный световод.При подаче переменного электрического напряжения на пьезокерамическую пластинку последняя начинает колебаться в такт изменениям напряжения на ней и создавать продольные или поперечные механические напряжения в волоконном световоде, что приводит к Фазовой модуляции света, проходящего по волоконному световоду, При работе фазового модулятора в волоконном световоде возникают акустические возмущения, которые рапространяются, от модулятора по волоконному световоду, Влияние распространяющихся по волоконному световоду упругих возмущений на волоконный световод таково, что оптический путь лучей, распространяющихся в том же направлении; что и направление движения упругих возмущений, отличается от оптического пути встречноголуча. Это приводит к снижению тоц-ности устройства.Цель изобретения - повышение точ" ности устройства при больших скоростях и расширение динамического диапазона измеряемых угловых скоростей.Цель достигается тем, цто предлагаемое устройство снабжено импульсным блоком управления, первый моду- .10 лирующий выход которого подключен к источнику когерентного излуцения, второй модулирующий выход - к Фазовому модулятору, а выход коммута- ции - к фотоприемнику. 15На Фиг,1 представлена схема устройства, на Фиг.2-10 - временные и Фазовые диаграммы, поясняющие работу устройства. 20Устройство содержит источник оп" тицеского излучения 1, оптически согласованного с волоконным световодом 2 церез устройство 3 ввода"вывода излучения в светодиод (из све" 25 тодиода), прдставляющего собой делительную пластинку, На выходе световода 2 установлен фотоприемник 4 Устройство также содержит Фазовый модулятор 5 и импульсный блок 6 управления, первый основной модулирующий выход которого подключен к источнику 1 оптического излучения, второй дополнительный моделирующий выход - к Фазовому модулятору 5, а выход коммутации - к Фотоприемнику Ч.Устройство для измерения угловой скорости работает следующим образом. Последовательность импульсов от истоцника оптического излуцения 1, мо дулированного с помощью импульсного блока 6 управления (Фиг.2) поступает на устройство ввода и выво" да оптического излучения 3;. с помощью которого делится на два луца равной интенсивности и направляется на торцы волоконного световода 2, так цто в световоде 2 распространяются две волнц навстречу, друг другу При этом цасть излучения источника оптического излучения отражается от торцов волокна 2 и попадает на Фотоприемник 4, который в этот мо" мент заперт, так как отсутствуют отпирающие егс импульсы .(Фиг.3), и таким образом исключается влияние отраженного лазерного излучения на точность измерения угловых скоростей. Выходящее из концов световода из-" лучение через время запазлывания 1 (фиг.4), равное времени прохождения света по волокну 2, снова попадает на устройство 3 ввода-вывода излучения и направляется им на Фотоприемник, который открывается импульсами (Фиг.3), поступающими с импульсного блока 6 управления, В фотоприемнике появляется импульсный сигнал длительностью о (Фиг.4), соответствующей длительности импуль" сов оптицеского источника излучения (фиг.2)., интенсивность которых является Функцией измеряемой угловой скорости. Длительность периода следования импульсов , определяетлся временем распространения света по волокну о, длительностью импульса оптического источника излучелния ьц и выбирается несколько большим их суммы (О+д); В тецение времени Т (Фиг.4) в интервале времени 1 - й 1 (фиг.2) осуществляет-. ся амплитудная индикация угловой скорости. Сигнал амплитудной индикации в фотоприемнике 4 усиливается, Фильтруется, детектируется и поступает на регистрацию. В момент времени е (Фиг,2) импульсный блок 6 управления включает Фазовый модулятор 5. Модуляция осуществляется в .течение времени Т (Фиг,5) в интервале времени с- с (Фиг,2), Импульсный режим индикации осуществляется, как и при отсутствии Фазовой модуляции, подачей отпираю" щих импульсов (Фиг.6) с импульсного блока 6 управления. Импульсы сигнала в этом случае прсиодулированы с частотой фазовой модуляции (Фиг.7), и при детектировании полярность сигнала на выходе детектора будет зависеть от направления измеряемой угловой скорости.На диаграмме (Фиг.8) приведена зависимость изменения выходного сиг" нала.от угловой скорости при индикации ее по изменению амплитуды импульсов, На диаграмме (фиг.9) приведена та же зависимость при индикации ее по изменению амплитуды и полярности модулирующего импульса сигнала частоты Фазовой модуляции. При линейно возрастающей скоростиР(Фиг.10) зависимости на Фиг.8 и 9 являются соответственно косинусоидой и синусоидой. Такимобразом, данное устройство позволяет определять значение угловой скорости в период времени Т, (Фиг.4), когда не работает Фазовый модулятор и не вносится погрешностей в это опредегение, и в другой период времени Т 2 (фиг,5), когда работает Фазо- вый модулятор.Следующий цикл измерений начина". ется с задержкой Т . Пауза выбрана. из условий эффективного затухания механических возмущений, распространяющихся по волокну при работе фазового модулятора . Например, при длине волокна Ь = 1000 м импульсы имеют следующие параметры; 6 - 3,33 х х 10"сек, 1 = 10 ф 10 сек. ь х 5 х к 10 с, Т =Т =1 10 с, Т,=5 х .110 с:. 20Изменение угловой скорости происходит в двух различных режимах: 1) режим с Фазовой модуляцией обеспечивает высокую точность при малых скоростях вращения; 2) режим импульс ной амплитудной модуляции - при более высоких. скоростях. Одновременно использование двух таких режимов позволяет обеспечить увеличение динамического диапазона в сторону больших угловых скоростей с сохранением чувствительности. При работе фазового модулятора максимальная чувствительность достигается при малых скоростяхвращения, когда сдвиг Фазы в предло-,женном устройстве составляет величину не более десятков градусов. Присдвиге фазы (+Я 2)п (и - целое число)чувствительность минимальна, а прииндикации сигнала по изменению амплитуды импульсов максимальная чувствительность достигается как раз тогда,когда сдвиг фазы в устройстве равен(+ц/2)п. При измерении сигнала в широком динамическом диапазоне изменения скоростей он меняется по синусоиде в первом случае (фазовая модуляция) и по косинусоиде во втором случае (амплитудно-импульсная модуляция).Средняя точность остается одинаковойв широком диапазоне скоростей и близка к максимальной, так как в областяхА и В (эпюры фиг.8 и 9) достигаетсянаибольшая крутизна изменения синусоиды и косинусоиды, что позволяетрасширить динамический диапазон нанесколько порядков. Из эпюр Фиг.8 и 9видно также, что с увеличением скорости чувствительности в областях Д и Востаются одинаковыми ввиду периодичности Функций (синусоиды и косинусоиды). Оценочное значение чувствительности устройства: за короткий периодвремени -10угл.град/с, за длительный период - 10 угл,град/ч.,Гагарина, 101 Заказ Фб 72 ТиРажВНИИПИ Государственного комитета113935, Москва,Подписное ям и откры по изобретени тиям при ГКНТ СССР