Диссертация (1090397), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Если эти расстояния при изменениях температуры не изменяются, товеличина захвата должна оставаться постоянной.При изменении температуры среды деформация резонатора ЗЛК [36]происходит аналогично, как и при самопрогреве, с той разницей, что при каждомновом включении СРП [29] фиксирует периметр резонатора с точностью до однойдлины волны (для He-Ne лазера =0,632 мкм).НавходыСРПпоступаютсигналрасстройкисоспециальногофотоприемника, установленного в датчике, и опорный сигнал, синхронный стоком знакопеременной частотной подставки. На выходе СРП вырабатываетсянапряжение, пропорциональное расстройке периметра относительно центраконтура усиления активной среды. Это управляющее напряжение поступает напьезоприводы [37], управляющие сдвигом двух специальных подвижных зеркалрезонатора.

Таким образом, в ЗЛК поддерживаются постоянными длина15резонатора и частота генерации встречных лучей, соответствующая центральнойчастоте доплеровского контура усиления.Вследствие теплового расширения материала корпуса резонатора ЗЛК приизменении температуры внешней среды будет меняться управляющее напряжениена пьезоприводах для фиксированной продольной моды.В результате привключении прибора при разных температурах корпуса резонатора СРП можетосуществляться настройка на различные продольные моды. Таким образом,величина захвата в результате может измениться. Поэтому методика измерениявеличины захвата ЗЛК при рабочих температурах включает в себя измерениявеличины захвата на четырех последовательных продольных модах резонатора синтерваломв половину длины волны генерации (/2) с тем, чтобы выявитьтемпературную зависимость захвата.Рассмотрим процесс теплового расширения моноблокаЗЛКприсамопрогреве или изменении внешней температуры.

Центральная симметрия, каксамого моноблока (резонатора КЛ), так и тепловыделяющих элементов (катод,ГРП, катушки невзаимного устройства (НУ)) позволяет в первом приближениидопустить, что поле температур однородно по всему объему резонатора, такимобразом, при изменении температуры все четыре зеркала смещаются отгеометрического центра резонатора на одну величину.ОдновременноСРПподдерживаетдлинурезонаторапостоянной,одинаковым перемещением навстречу двух пьезозеркал, как это показано нарисунке 1.1.

Стрелками показано направление перемещения зеркал. Из рисунка1.1 видно, что благодаря симметрии резонатора как при самопрогреве, так и притемпературном воздействии расстояния между зеркалами остаются неизменнымивне зависимости от длительности времени работы датчика. Рабочие точки назеркалахнеперемещаютсяпоповерхностизеркала,и,следовательно,интерференционная сумма рассеянных волн изменяется за счет изменения фазинтерферирующихволн,обусловленногоизменениемрасстояниймеждузеркалами при перестройке периметра КЛ на ортогональную моду.

Отсюда16можно записать выражение для комплексной амплитуды суммарной обратнорассеянной волны:{{()где-соответственно,}{}{()}}(1.1)амплитудыволн,обратно-рассеянныезеркалами- фазы рассеяния зеркал 1…4 соответственно,1…4П-волновое число, - расстояние между первым и вторым зеркалами, – расстояниемежду вторым и третьим зеркалами,- расстояние между третьим и четвертымзеркалами.СРП32Тепловоерасширение41СРПРисунок 1.1 – Схема деформаций осевого контура резонатора ЗЛК приизменении температуры17Как было сказано выше при таком расположении пьезодвигателей во времяработы прибора при температурных воздействиях не только длина резонатора, нои расстояния между зеркалами остаются постоянными (а значит и значения фазВработе[38]),так же останутся неизменными.былаполученазависимостьамплитудыифазыкоэффициентов связи встречных волн между зеркалами, которые определяютширину зоны захвата.

Было показано, что изменения расстояний между зеркаламипри тепловых деформациях резонатора, приводят к изменению частотывыходного сигнала ЛГ, особенно при больших значениях коэффициентов связи.Зависимостьзахватаотизмененияпериметрарезонатораноситпериодический характер, причем период определяется удвоенным изменениемрасстояний между соседними зеркалами. Таким образом, когда расстояние междусоседними зеркалами изменяется на /2, интерференционная сумма проходитцелый период.

Общая длина резонатора при этом изменяется в четыре разабольше, т.е. на 2.На этой экспериментально подтвержденной модели основана методикаизмерения захвата, в которой для полного описания изменения статической зонызахвата измеряется её величина на четырёх последовательно расположенныхпродольных модах резонатора (то есть так чтобы периметр резонатора при этомизменился на 2) [39].На рисунке 1.2 представлена другая схема резонатора ЛГ, отличительнойособенностью которого является плоский оптический контур, при этомпьезоэлементы располагаются не напротив друг друга, а на соседних зеркалах.В этой конструкции при отработке теплового расширения резонатораизначально квадратный оптический контур превращается не в ромб, как в случаеЗЛК, а в прямоугольник. Это приводит к изменению расстояния между зеркаламиво время работы датчика, а так же смещению точек падениялучей наповерхность зеркала как показано на рисунке 1.2, что приведет к разности фази изменению суммарной амплитуды обратно-рассеянной волны.

Все18эти факторы могут приводить к существенному и непредсказуемому изменениюПСРСРПинтерференционной картины обратного рассеяния.32Тепловоерасширение41Рисунок 1.2 – Схема деформаций осевого контура резонатора ЛГ спьезоблоками на соседних зеркалах при изменении температурыВо время работы ЗЛК из-за температурного расширения резонатора,несмотрянамалуювеличинутемпературногокоэффициенталинейногорасширения (ТКЛР) ситалла [40], могут происходить изменения длинырезонатора, приводящие к смене рабочей моды, что будет приводить к изменениюинтенсивности обратного рассеяния (попаданию либо в ее максимум, либо вминимум и, как следствие, периодическому изменению захвата).

Поэтомусогласно принятой в НИИ «Полюс» методике захватизмеряется на четырехпоследовательных продольных модах резонатора, отстоящих на /2 друг от друга.Таким образом, при измерениях охватывается весь период изменения захвата (2)19и с большой вероятностью получается максимальное и минимальное возможныезначения для данного резонатора ЗЛК, а среднее значение по четырем модамхарактеризует захват при данной температуре [41].Как было замечено ранее, при однородном поле температур в резонатореЗЛК и при изменении температуры среды в силу симметрии конструкциизависимости захвата от температуры быть не должно. Однако, реальнаяконструкция зеемановского лазерного датчика вращения, в которой резонаторзакреплен через пружинные элементы к алюминиевому основанию и окруженмагнитным экраном, не может обеспечить полную однородность теплового поля.Кроме того, из-за разности ТКЛР ситалла и алюминия усилие сжатия резонаторазависит от температуры среды и поэтому к неоднородности теплового полядобавляются механические деформации резонатора, зависящие от температуры.Эти деформации также могут нарушить симметрию резонатора и вызватьизменениезахвата.Такимобразом,свойствареальнойконструкциизеемановского лазерного датчика можно определить только экспериментально.1.2Методика измерения ширины статических зон захватаЗеемановский лазерный датчик вращения помещают в камеру тепла ихолода и подключают согласно схеме, представленной на рисунке 1.3, при этомвся контрольно-измерительная аппаратура находится снаружи и не подвергаетсяклиматическому воздействию.Измерение захвата происходит на четырех последовательных продольныхмодах в различных климатических условиях, охватывающих весь температурныйдиапазон работы прибора: нормальные климатические условия (НКУ), минус55ºС и 75ºС.Конструкция ЗЛК выполнена чувствительной к магнитному полю, котороесоздается при помощи катушек НУ, намотанных вокруг газоразрядныхпромежутков.

Наложение продольного магнитного поля на активную среду лазерасоздает разность частот встречных волн даже в отсутствии вращательного20движения, эквивалентную угловой скорости вращения ЛГ. Поэтому, регулируя свысокой точностью ток в катушках НУ, можно выводить ЗЛК из зонынечувствительности к малым скоростям вращения [42].питаниеПКИ-6сигналрегулировкипериметратокЛГРегулятортокасигналвращениятокИсточниктокатоксигналвращенияТЕРМИНАЛОсциллографМультиметрРисунок 1.3 – Схема экспериментальной установки для измерения шириныстатической зоны захватаОсновнымэлементомконтрольно-измерительнойаппаратуры,обеспечивающим работу зеемановского лазерного датчика, является приборконтрольно-испытательный (ПКИ-6) [43]. Основные элементы прибора в видеблок схемы представлены нарисунке 1.4, где ВИП - вторичный источникпитания, БН - блок накачки, СТК - система тока компенсации или блокдесинхронизации, БЧП - блок частотной подставки.ВИП осуществляет преобразование сетевого напряжения 220 В, частотой 50Гцвнеобходимыедлясистемжизнеобеспечениядатчикапостоянныенапряжения, такие как 5 В, ±15 В, 27 В и т.д.

СРП осуществляет регулировку истабилизацию периметра в ручном и автоматическом режимах, обеспечиваетнастройку на моды с ортогональными поляризациями. БН обеспечивает поджиг игорение разряда в двух разрядных промежутках со встречными токами, а так же21регулировку и индикацию этих токов. СТК или блок десинхронизацииобеспечивает десинхронизацию динамических зон захвата, или остаточных зоннечувствительности, возникающих на частотах, кратных частоте коммутацииподставки. Десинхронизирующим воздействием является знакопеременный токмалой амплитуды и низкой частоты (медленный меандр), подаваемый в катушкикомпенсации [44].

Кроме того, СТК позволяет подавать в катушки компенсациипостоянный ток (до ±5 мА) в исследовательских целях. БЧП обеспечиваетзнакопеременный ток прямоугольной формы в катушках НУ (быстрый меандр).ВИПСРПБНСТКБЧПРисунок 1.4 – Устройство ПКИ-6В поставленном эксперименте ПКИ-6 обеспечивает работу зеемановскоголазерного датчика, подавая на него необходимые питающие напряжения Uпит, изкоторых мы выделим напряжение, управляющее пьезоэлектрическим приводомUсрп, с помощью которого настраивают периметр резонатора на рабочие моды.Источник питания подает выходное напряжение 5 В на регулятор тока,обеспечивающий в катушке НУ линейно изменяющийся от времени ток,обеспечивающий разность частот встречных волн, или сигнал вращения.Реверсивный счетчик ТЕРМИНАЛ регистрирует разность частот сигналоввращения, кГц, и служит для создания частотной подставки и преобразованияаналогового сигнала вращения в цифровой.

Одновременно сигнал вращениянаблюдают на осциллографе. Плавно уменьшая ток в катушках НУ, добиваютсяполного пропадания сигнала вращения, означающего вход в зону захвата. Момент22входа в зону захвата визуально фиксируется по осциллографу, а при помощимиллиамперметра регистрируют ток, который в этот момент был в катушках НУ, мА. Далее датчик быстро выводят из захвата, меняют полярность тока наисточнике питания (поскольку в обычных условиях работы прибора в катушкиНУ подают знакопеременный токфиксируют ток), и, повторяя предыдущие действия,, мА.

Характеристики

Список файлов диссертации