Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 2.2. ЛАЗЕРНАЯ ГИРОСКОПИЯХорошо известно из учебников средней школы, что основой механического гироскопа является ротор, обладающий свойством сохранять свое положение в пространстве. Чем ротор быстрее вращается, тем упорнее и с большей силой он сопротивляется всякой попытке изменить направление оси его вращения. Поэтому такой ротор используют как хранитель направления, датчик угла поворота и т. д. Скорости современных роторов достигают десятков тысяч оборотов в минуту. И вот стали проявляться недостатки гироскопов, использующих быстро вращающиеся роторы: во-первых, требуются уникальные подшнпники, во-вторых, необходима предельная балансировка, в-третьих, из-за влияния трения в осях происходит «уход» гироскопа, который необходимо компенсировать, чтобы получить правильные показания. Ученые стали искать устройства, которые смогли бы заменить роторный гироскоп. Вспомнили об эксперименте Альберта Майкельсона, выполненном в конце прошлого века. А. Майкельсон задумал обнаружить влияние вращения на скорость распространения света. Для этого он использовал суточное вращение Земли. Ввиду малого значения угловой скорости Земли (15 угловых градусов в час) ему пришлось сделать прибор большого размера. Схема этого прибора показана на рис. 23. На нем показана система зеркал, образующая большой контур и малый контур. В левой части контура размещается источник света
Рис. 23. Схема экспериментальной установки Майкельсона Тогда на приёмное устройство приходили две световые волны и они складывались, т. е. давали интерференционную картину, представляющую собой чередование черно-белых полос. Характер этой картины зависел от сдвига фаз этих волн. Для света относительный сдвиг фаз лучей в данной точке зависит от начального состояния лучей, от частоты колебаний и от разности путей для этих двух лучей до данной точки. Так как для всего поля наблюдения разность хода различна, то в различных местах поля происходит либо взаимное ослабление, либо взаимное усиление складывающихся лучей света. Полосы эти четко наблюдаются на матовом стекле. При неподвижной системе эти полосы стоят неподвижно. Если теперь всю систему зеркал, источник света и наблюдательную систему привести во вращение по часовой стрелке, то путь луча А до наблюдательного прибора увеличится (за время распространения света наблюдательный прибор как бы убегает от него), а путь луча
Рис. 24. Схема лазерного ДУС Наблюдаемое смещение составило 0,230 полосы. Для проведения этого уникального эксперимента Майкельсон вынужден был использовать контур значительной площади — Сдвиг интерференционных полос определялся по формуле
где С появлением лазеров родилась идея поставить вместо источника излучения лазер внутри контура. Это сразу сулило ряд технических достоинств. Во-первых, резко сократились размеры контура из-за того, что в кольцевом лазере оба луча многократно обегают окружность и имеет место накопление фазового сдвига. Во-вторых, лучи не ослабляются в среде, как это было в эксперименте А. Майкельсона, а усиливаются за счет получения энергии от активного вещества. Схема лазерного датчика угловой скорости показана на рис. 24. Видно, что в контуре циркулируют два луча навстречу друг другу. Они приходят на приемник излучения ФЭУ, перед которым расположена щель. Поскольку набег фазы происходит непрерывно, то интерференционная картина как бы бежит перед щелью. Это приводит к тому, что на экране осциллографа отображаются синусоидальные колебания. Зависимость частоты от скорости вращения носит линейный характер. Первый такой прибор, созданный в 1963 году, имел габариты Сравнительные данные роторного и лазерного гироскопов даны в табл. 10. Таблица 10 (см. скан) Характеристики лазерных и роторных гироскопов [7] Лазерные гироскопы находят применение в зарубежных устройствах измерительной техники, в системах наземной ориентации,
Рис. 25. Функциональная схема инерциальной системы в системах ориентации воздушных и космических аппаратов, а также при создании бесплатформенных инерциальных систем (БИС) навигации [22] Рассмотрим последнюю из этих систем. Функциональная схема инерциальной системы без гиростабилизированной платформы [7] приведена на рис. 25. Назначение отдельных блоков понятно из рисунка. Видно, что в системе для счисления пути используются датчики первичной информации и вычислительные устройства. Такими датчиками являются блок гироскопов, блок акселерометров (измерителей ускорений), блок оптических телескопов. Поступающая информация обрабатывается в вычислительном устройстве и поступает на органы летательного аппарата, управляющие и регулирующие его движение (рулевые органы, двигательную установку). Все вычисления при работе БИС разбивают на две группы: вычисление ориентации объекта и навигационные вычисления. Для коррекции БИС используются оптические телескопические системы типа солнечных или звездных ориентаторов. БИС наиболее чувствительна к ошибкам группы приборов, выдающей информацию об угловом движении объекта. Поэтому использование лазерных датчиков угловой скорости вращения дает существенные преимущества. Ожидается, что с их применением можно построить высокоточную, простую, малогабаритную БИС, пригодную к использованию в быстроманеврирующих объектах. В иностранной печати сообщалось, что если БИС, построенная на роторных гироскопах, стоит 90 000 дол., то использование лазерных датчиков при сохранении той же точности позволит снизить стоимость БИС вдвое. Масса трехосного лазерного гироскопа, предназначенного для использования в БИС, не будет цревышать 6,5 кг [7]. Лазерный гироскоп не свободен и от недостатков. К ним относятся необходимость оснащения прибора "рядом вспомогательных систем, трудности калибровки и т. п. Их наличие позволяет сделать вывод, что лазерный гироскоп не сможет полностью заменить роторный. Скорее всего он будет применяться в комплексе измерителей первичной информации и лишь в отдельных случаях использоваться самостоятельно.
|
1 |
Оглавление
|