Анализ погрешностей волоконно-оптического гироскопа
Дипломная работа - Радиоэлектроника
Другие дипломы по предмету Радиоэлектроника
?тот фазовый сдвиг, появившийся за iет температурного градиента, фазовому сдвигу Саньяка, , можно определить кажущуюся угловую скорость вращения ( обусловленную термически индуцированной невзаимностью контура ВОГ), т.е.
.(2.78)
Интегрирование кажущейся угловой скорости по времени дает угловую ошибку ВОГ за iет температурных градиентов
Выражение в квадратных скобках под интегралом соответствует перепаду температур за время 0 - t.
Для количественной оценки влияния термически индуцированной невзаимности вычислим величину для типового ВОГ, работающего в соответствующих рабочих условиях. iитаем, что многослойный волоконный контур намотан на цилиндр, при этом разница между внешним и внутренним диаметрами мала по сравнению со средним диаметром. Полагаем, что температура контура изменяется линейно от его внутреннего слоя к наружному слою.
Если между начальным моментом работы ВОГ (t=0) и более поздним моментом разница температур по сечению катушки изменяется на величину Т, то
(2.79)
Следовательно:
(2.80)
Произведем численную оценку требуемой стабильности температуры при невзаимности для типовых значений параметров ВОГ:
R = 10 см
L = 1,56 км
N = 2480
Время интегрирования 1 час.
C
Сохранение такого постоянства температуры в относительно стабильных рабочих условиях является серьезной задачей, не говоря уже о периоде прогрева или изменений окружающих условий, что часто имеет место при применениях гироскопов.
Можно предложить два возможных метода уменьшения термически индуцированной невзаимности. Первый метод состоит в поиске материалов для волокна с малым температурным коэффициентом индекса преломления . Второй метод состоит в намотке волоконного контура так, что части волокна, которые находятся на равных расстояниях от середины контура, располагаются рядом друг с другом. Это приводит к тому, что температура Т ( t , l ) распределяется симметрично вокруг l =L/2; в этом случае интеграл в уравнении для становится иiезающе малым. Однако, если катушка намотана таким образом, ее витки будут часто пересекаться, что приведет к избыточным потерям на микроизгибах или потребует достаточно толстого буферного покрытия. Таким образом, теоретическое рассмотрение влияния температурных градиентов показывает, что термически индуцированная невзаимность налагает практический предел на чувствительность ВОГ, который значительно выше фотонного предела. Если используется одномодовое волокно из обычного материала, то температурные градиенты могут ограничить применение ВОГ лишь в системах управления невысокой точности.
- Влияние внешнего магнитного поля на
точностные характеристики ВОГ.
Существует много веществ, оптические параметры которых зависят от величины напряженности внешнего магнитного поля. Коэффициент преломления среды есть один из таких параметров. Изменение коэффициента преломления связано с вращением плоскости поляризации излучения, распространяющегося в среде. Вращение плоскости поляризации светового луча, распространяющегося в среде, под действием магнитного поля обусловлено эффектом Фарадея. Иногда эффектом Фарадея называют искусственную оптическую активность, возникающую в среде под действием магнитного поля.
Оптической активностью является способность вещества поворачивать вектор поляризации линейно-поляризованного светового луча. Если причиной возникновения вращательной способности является какое-либо внешнее воздействие (например, магнитное поле), то активность этого типа является искусственной. В оптически активном веществе оптическое излучение распадается на две волны, поляризованные циркулярно - по правому и левому кругам. Векторы поляризации этих волн вращаются в противоположных направлениях, а коэффициенты преломления для них различны.
Линейно-поляризованный световой луч можно представить суперпозицией двух волн, поляризованных по кругу, со взаимно противоположным вращением вектора поляризации и равными амплитудами колебаний. Рассмотрим распространение линейно-поляризованной волны в среде, проявляющей эффект Фарадея. Для анализа распространения волны в среде, помещенной в магнитное поле, представим волну в виде суммы двух волн, поляризованных по кругу с противоположными направлениями вращения и различными скоростями распространения:
,(2.81)
где n- и n+ - показатели преломления для волн, поляризованных по правому и левому кругу.
Фазовые задержки каждой из волн на пути l
(2.82)
где n0 - показатель преломления среды при отсутствии магнитного поля.
Выйдя из оптически активной среды, циркулярно поляризованные волны складываются. Различные фазовые задержки для волн, поляризованных по правому и левому кругу, приводят к повороту вектора поляризации волны по отношению к вектору поляризации падающего линейно-поляризованного излучения.
Угол поворота плоскости поляризации на пути l
(2.83)
где V - постоянная Верде; Н - напряженность магнитного поля.
Обратимся теперь к контуру ВОГ. В нем даже в отсутствие магнитного поля существует взаимное двулучепреломление (см 2.2). Кроме того, взаимодействие магнитного поля индуцирует невзаимное круговое двулучепреломление, которое зависит от направления рас