Автореферат (Влияние температуры внешней среды и саморазогрева на выходные характеристики зеемановских лазерных датчиков вращения), страница 2

Экспериментальныеданныеполучены с применением современной контрольно-измерительнойаппаратуры и использованием известных методов статистической обработкирезультатов измерений. В работе проанализированы 73 источника литературы, изних 47 отечественных и 15 зарубежных работ других авторов. Обсуждениерезультатов проведено с учетом современных представлений лазернойгироскопии. В работе отсутствуют внутренние противоречия, экспериментальныерезультаты согласуются с теоретическими оценками.

В случае расхожденияданных с результатами других авторов исследований, автором дано обоснованноеобъяснение результатов работы. Научные положения и выводы, изложенные вдиссертации, обоснованы и подтверждены большим экспериментальнымматериалом.

Все это позволяет считать результаты работы достоверными, выводы– обоснованными и вытекающими из полученных результатов.Основные положения ирезультаты диссертации доложены автором,обсуждены на международных конференциях и опубликованы в сборникахтрудов в виде докладов и тезисов научно-технической конференции «Системынаблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли», Анапа, 2010;53-й научной конференции МФТИ (Всероссийской молодежной научнойконференции с международным участием) «Современные проблемыфундаментальных и прикладных наук», Москва, 2010; «Концентрированныепотоки энергии», Москва, 2010; 1-ой Всероссийской школе-семинаре студентов,аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельностинациональной нанотехнологической сети «Функциональные наноматериалы длякосмической техники», Москва, 2010; 18-й Санкт-Петербургской международнойконференции по интегрированным информационным системам, 2011; 12-ой и 13-ой конференциях молодых ученых «Навигация и управление движением», СанктПетербург, 2011, 2012гг; конференции «Лазеры, измерения, информация» СанктПетербург, 2012, 2013гг; 20-й Международной научной конференции «Лазерноинформационные технологии в медицине биологии и геоэкологии»,Новороссийск, 2012; XI Международной заочной научно-практическойконференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук», Москва, 2013.Результаты диссертационной работы опубликованы в 12 научных работах: втом числе в 4 статьях журналов из перечня ВАК.Основное содержание работыВо введении работы дано обоснование актуальности темы диссертации,определена степень разработанности, поставлена цель и задачи исследования,показаны научная новизна и практическая значимость результатов диссертации,представлены научные положения, выносимые на защиту.В первой главе рассмотрено влияние внешней температуры окружающейсреды и саморазогрева на ширину статической зоны захвата в ЗЛК.

Рассмотренпроцесс деформации резонатора ЗЛК при температурных воздействиях ипоказано, что благодаря центральной симметрии резонатора и расположенияпьезоблоков расстояния между зеркалами остаются неизменными внезависимости от длительности времени работы датчика. Рабочие точки на зеркалахне перемещаются по поверхности зеркала, и, следовательно, интерференционнаясумма рассеянных волн изменяется за счет изменения фаз интерферирующихволн, обусловленного изменением расстояний между зеркалами.

Отсюда можнозаписать выражение для комплексной амплитуды суммарной обратно рассеяннойволны:{}{}{()}{()}(1),гдесоответственно,- амплитуды волн, обратно-рассеянные зеркалами 1…4- фазы рассеяния зеркал 1…4 соответственно,-волновое число, - расстояние между первым и вторым зеркалами, – расстояниемежду вторым и третьим зеркалами, - расстояние между третьим и четвертымзеркалами.При таком расположении пьезодвигателей во время работы прибора притемпературных воздействиях расстояния между зеркалами остаются постоянными, а значит и значения фазтак же останутсянеизменными.Рисунок 1 – Блок-схема экспериментальной установкиНа рисунке 1 представлена блок-схема экспериментальной установки,позволяющая проводить исследования выходных характеристик зеемановскихлазерных датчиков вращения.

Прибор контрольно-испытательный (ПКИ-6)обеспечивает работу ЗЛК, подавая на него напряжение питания, управляющеенапряжение СРП, создает знакопеременную частотную подставку, с помощьютока в катушках невзаимного устройства (НУ) и катушках компенсации (КК) длявывода лазера из области статического захвата и размытия динамических зонзахвата. Осциллограф регистрирует частоту и амплитуду сигналов вращения, атак же амплитуду сигнала расстройки периметра, опорного сигнала для СРП.Терминал преобразует аналоговый сигнал вращения ЛГ в цифровой, передает егона персональный компьютер (ПК) в виде пачек импульсов и служит дляуправления частотной подставкой.

Источник постоянного тока, последовательносоединенный с мультиметром, используется в исследовательских целях дляизмерения ширины статических и динамических зон захвата. Камера тепла ихолода (КТХ) обеспечивает необходимое температурное воздействие на ЗЛК.В эксперименте на 45 зеемановских лазерных датчиках типа ЭК-104С стоком накачкимА в процессе климатических испытаний была измеренаширина статической зоны захвата на четырех последовательных продольныхмодах при различных температурных воздействиях (см. рис.

2). При такихизмерениях охватывается весь период изменения захвата и с большойвероятностью получается максимальное и минимальное возможные значенияширины статической зоны захвата для данного ЗЛК, а среднее значение почетырем модам характеризует захват при данной температуре.Колличество измеренийзахвата, шт120Захват на -50 С100Захват в НКУ80Захват на +75 С6040200050100150200250300Величина зоны захвата, ГцРисунок 2 – Разброс значений полуширины зоны захвата для всех ЗЛК на четырех модах приразличной внешней температуреНа рисунке 2 представлены три температурных распределения захвата,построенные с шагом 50 Гц и с выраженным максимумом по оси абсцисс в 150Гц для температур -55ºС и 75ºС, и 125 Гц для нормальных климатических условий(НКУ).

Из полученных данных видно, что функция распределения захватапрактически не зависит от температуры окружающей среды.На рисунке 3 приведены статистические распределения, которые точнееотражают изменение среднего захвата одного резонатора при изменениитемпературы среды. Эти распределения имеют выраженный максимум и центрраспределения, смещенные от нуля на 20 Гц. Дальнейшие статистические оценкипоказали, что с доверительной вероятностью 72% величина температурногоизменения захвата составляет 30 Гц относительно среднего значения, чтосоответствует относительному изменению захвата на 20%.

Вероятностьмаксимального наблюдавшегося изменения захвата составляет менее 1%. Такимобразом, изменение захвата в ЗЛК при температурных воздействиях несущественно. Работа прибора на заранее выбранной рабочей моде позволяетснизить максимальную величину разброса значений захвата до 50 Гц в НКУ и до100 Гц в диапазоне температур.Проведено исследование влияния работы ЗЛК без частотной подставки наширину статической зоны захвата.

Для эксперимента были выбраны 4зеемановских лазерных датчика вращения типа К-5 смА, имеющиеразличные диэлектрические покрытиязеркал резонатора. В процессеэксперимента приборы работали без частотной подставки от одной минуты додвух часов, после чего в течение часа работали в непрерывном режиме свключенной частотной подставкой. Периодически (с интервалом 1 – 30 минут)происходило измерение ширины зоны захвата.а)б)Рисунок 3 – Распределение разности захватов между НКУ и -55°С (а)и между НКУ и +75°С (б)1600Ширина зоны захвата, ГцШирина зоны захвата, ГцПо полученным данным были построены зависимости, представленные нарисунке 4.Как видно из рисунка 4 а, ширина зоны захвата за 2 часа работыприборов без частотной подставки возрастает от 4 до 10 раз в зависимости отисследуемого датчика.ЗЛК 1ЗЛК 2ЗЛК 3ЗЛК414001200100080060016001400ЗЛК 2ЗЛК 31200ЗЛК410008006004004002002000ЗЛК 10050100Время нахождения в захвате, мин0204060время релаксациизоны захвата, мина)б)Рисунок 4 – Изменение ширины статической зоны захвата от времени работы ЗЛК безчастотной подставки (а) и при включении подставки (б)Результаты, представленные на рисунке 4 б, демонстрируют быстроеснижение величины зоны захвата в течение первых минут включения подставки споследующим медленным уменьшением до начальных значений в течение 1 часаработы.Вторая глава посвящена исследованию влияния температуры надинамические зоны захвата в зеемановском лазерном датчике вращения.

Дляэтого были проведены измерения динамических зон захвата датчиков на двухортогональных продольных модах в различных климатических условиях. Пополученным данным были построены нормальные распределения и определенысредние значения динамических зон синхронизации, которые представлены нарисунке 5.Рисунок 5 – Температурные распределения ширины динамических зон захвата ЗЛК по двуммодам в различных климатических условияхКак видно из представленных распределений средняя величинадинамических зон захвата не превышает 10 Гц во всем диапазоне рабочихтемператур. Значения динамических зон, полученные при отрицательнойтемпературе, оказываются меньше, чем в нормальных температурных условиях ипри 75ºС, и составляют соответственно 6,3 Гц, 7,5 Гц и 8,4 Гц соответственно.Полученные экспериментальные данные согласуются с расчетными.

Посколькутемпературное изменение статической зоны захвата незначительно, зависимостьдинамической зоны синхронизации от температуры определяется, прежде всего,амплитудой частотной подставки, величина которой чувствительна ктемпературным воздействиям. В то же время имеются датчики с ширинойдинамических зон в 5-10 раз превышающей среднее значение.Экспериментально исследованы способы десинхронизации динамическихзон захвата. Показано, что при использовании дополнительной частотнойподставки типа «медленный меандр» средняя величина шумовой составляющейсмещения нуля в диапазоне рабочих температур без усреднения данных=0,11 ′/мин, а при использовании «ошумления» частотной подставки= 0,59 ′/мин.В третьей главе рассмотрена задача увеличения времени непрерывнойработы зеемановских лазерных датчиков вращения в одномодовом режиме присохранении точностных параметров.