Войти
Кольцевой лазерный гироскоп A Кольцевой лазерный гироскоп (RLG ) состоит из кольцевой лазер, имеющий две независимые встречные резонансные моды на одном и том же пути; разница в частотах используется для обнаружения вращения. Он работает по принципу эффекта Саньяка, который смещает нули внутренней стоячей волны в ответ на угловое вращение. Помехи между встречно распространяющимися лучами, наблюдаемые извне, приводят к движению структуры стоячей волны и, таким образом, указывают на вращение.
Первый экспериментальный кольцевой лазерный гироскоп был продемонстрирован в США Мацеком и Дэвисом в 1963 году. Впоследствии различные организации по всему миру развили технологию кольцевого лазера. Многие десятки тысяч RLG работают в инерциальных навигационных системах и показали высокую точность с погрешностью смещения лучше 0,01 ° / час и средней наработкой на отказ более 60000 часов.
Схематическое изображение кольцевой лазерной установки. В месте отбора проб луча часть каждого встречного луча выходит из резонатора лазера. Кольцевые лазерные гироскопы могут использоваться в качестве устойчивых элементов (каждый с одной степенью свободы) в инерциальной системе отсчета. Преимущество использования RLG состоит в том, что в нем нет движущихся частей (кроме узла двигателя дизеринга, см. Дальнейшее описание ниже и лазерной блокировки) по сравнению с обычным вращающимся гироскопом. Это означает отсутствие трения, что, в свою очередь, устраняет значительный источник дрейфа. Кроме того, весь блок компактен, легок и очень прочен, что делает его пригодным для использования в мобильных системах, таких как самолеты, ракеты и спутники. В отличие от механического гироскопа, устройство не сопротивляется изменению своей ориентации.
Современные применения кольцевого лазерного гироскопа (RLG) включают встроенную возможность GPS для дальнейшего повышения точности инерциальных навигационных систем (INS) RLG на военных самолетах, коммерческих авиалайнерах, кораблях и космических кораблях. Эти гибридные блоки INS / GPS заменили их механические аналоги в большинстве приложений. Однако там, где требуется сверхточность, до сих пор используются ИНС на основе спиновых гироскопов.
Определенная скорость вращения вызывает небольшую разницу между временем, которое требуется свету для прохождения через кольцо в двух направлениях согласно эффекту Саньяка. Это вводит крошечное разделение между частотами встречных лучей, движение структуры стоячей волны внутри кольца и, таким образом, картину биений, когда эти два луча интерферируют вне кольца. Следовательно, чистый сдвиг этой интерференционной картины следует за вращением блока в плоскости кольца.
RLG, хотя и более точны, чем механические гироскопы, страдают от эффекта, известного как "синхронизация" при очень низких скоростях вращения. Когда кольцевой лазер почти не вращается, частоты встречных лазерных мод становятся почти одинаковыми. В этом случае перекрестные помехи между встречно распространяющимися лучами могут позволить синхронизацию инжекции, так что стоячая волна «застревает» в предпочтительной фазе, таким образом синхронизируя частоту каждого луча с частотой другого, а не чем реагировать на постепенное вращение.
Принудительное дизеринг может в значительной степени решить эту проблему. Резонатор кольцевого лазера вращается по часовой стрелке и против часовой стрелки вокруг своей оси с помощью механической пружины, приводимой в действие на его резонансной частоте. Это гарантирует, что угловая скорость системы обычно далеко от порога блокировки. Типичная частота составляет 400 Гц с максимальной скоростью дизеринга порядка 1 градуса в секунду. Дизеринг не решает проблему блокировки полностью, поскольку каждый раз, когда направление вращения меняется на противоположное, существует короткий интервал времени, в течение которого скорость вращения близка к нулю, и может произойти блокировка на короткое время. Если сохраняется чистое колебание частоты, эти небольшие интервалы синхронизации могут накапливаться. Это было исправлено путем внесения шума в вибрацию 400 Гц.
Другой подход к предотвращению блокировки воплощен в многосцилляторном кольцевом лазерном гироскопе, в котором фактически используются два независимых кольцевых лазера (каждый из которых имеет два встречных луча) противоположной круговой поляризации сосуществуют в одном кольцевом резонаторе. Резонатор включает вращение поляризации (посредством неплоской геометрии), которое разделяет четырехкратно вырожденную моду резонатора (два направления, две поляризации в каждом) на моды с правой и левой круговой поляризацией, разделенные многими сотнями МГц, каждая из которых имеет два встречных луча. Невзаимное смещение через эффект Фарадея, либо в специальном тонком вращателе Фарадея, либо через продольное магнитное поле на усиливающей среде, затем дополнительно разбивает каждую круговую поляризацию, как правило, на несколько сотен кГц, что приводит к тому, что каждый кольцевой лазер иметь статическую частоту биений на выходе в сотни кГц. Одна частота увеличивается, а другая уменьшается, когда присутствует инерционное вращение, и две частоты измеряются, а затем вычитаются в цифровом виде, чтобы окончательно получить результирующее разделение частот эффекта Саньяка и, таким образом, определить скорость вращения. Частота смещения Фарадея выбрана так, чтобы она превышала любую ожидаемую разность частот, вызванную вращением, поэтому две встречные волны не имеют возможности синхронизироваться.
Родственным устройством является волоконно-оптический гироскоп, который также работает на основе эффекта Саньяка, но в котором кольцо не является частью лазер. Скорее, внешний лазер вводит встречные лучи в оптоволоконное кольцо , где вращение вызывает относительный фазовый сдвиг между этими лучами при возникновении помех после их прохождения через волоконное кольцо. Фазовый сдвиг пропорционален скорости вращения. Это менее чувствительно при одиночном пересечении кольца, чем RLG, в котором наблюдаемый извне фазовый сдвиг пропорционален самому накопленному вращению, а не его производной. Однако чувствительность оптоволоконного гироскопа повышается за счет использования длинного оптического волокна, свернутого для компактности, в котором эффект Саньяка умножается в зависимости от количества витков.
 | Викискладе есть материалы, связанные с кольцевыми лазерными гироскопами. |
