Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники (1988) (1151949), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Влияние магнитного поля Земли уменьшают, вводя дополнительный элемент разноса частот, который, компенсируя составляющую магнитного поля Земли, исправляет ход луча в генерационном канале моноблока. Суммарные потери в ячейке Фарадея и в генерационном канале (диссипативные в плазме и дифракционные потери на зеркалах) не должны превышать 0,4 % (6!. Периодическая «подставка» должна удовлетворять следующим требованиям1 потеря информации при прохождении зоны захвата должна быть меньше допустимого значения чувствительности ЛГ; амплитудное значение частоты «подставки» должно быть больше частоты захвата. Рассмотрим пример синусоидальной периодической «подставки», где Ʉ— Й,„=' Й (!) ( Й„+ Й,„с частотой зоны захвата г,„! кГц и относительной погрешностью стг'/Гр 10 (6, 23!.
Необходимо обеспечить амплитудное значение «подставки» г"„° 0,5 МГц, что технически реализовать трудно. При тех же условиях Рис. 14.7. Изменение частоты счетных импульсов при синусоидальной пери. одической «подставке» и г „= 15 кГц относительная погрешность составляет 10~, Выполнение конструкции элемента смещения, обеспечивающего такое значение г"„, не представляет технической трудности.
Выбор периода опроса Т„ ограничиваетвыбор частоты колебаний «подставки»7'„1Т„= 2УТ„, где У = 1, 2, 3, ...— нормальный ряд чисел. При прохождении зоны захвата часть информации теряется, что приводит к дополнительной погрешности в каждом интервале измерения г». При интегрировании интервалов измерений эта погрешность накапливается н приводит к большим ошибкам определения Й (!) (см. рис. 14.2). При синусоидальной периодической «подставке», переключаемой с частотой 7„, сигнал на выходе фотоэлектронного преобразователя ЛГ оказывается частотно-модулированным по закону изменения «подставки».
При этом глубина модуляции сигнала пропорциональна Й (!) проекции вектора измеряемой угловой скорости на ось чувствительности кольцевого лазера, а девиация частоты при Й (~) = = сопи! равна амплитудному значению частоты «подставки» 7, которой соответствует «кажущаяся» угловая скорость Й„= Й и! п (2п1,) !. (!4.4) Если измеряемая угловая скорость Й (!) = соп»1, то частота счетных импульсов Г (!), соответствующая Й (1) + Й„, будет изменяться во времени (рис.
!4.7). Структурная схема измерительного преобразователя, реализующего алгебраическое суммирование счетных импульсов (рис. 14.8), состоит из реверсивного счетчика 3, на вход которого через схему знака 2 поступают счетные импульсы г', (1) и га (!) с выхода усилителя-формирователя 1 [23!. Вентиль В открывается на время измерения Т„синхроимпульсами СО, поступающими от цифровой ЭВМ. Эти же импульсы подаются одновременно в систему «подставки» для синхронизации частоты ее переключения 7„= 1!Т„,.
Во время измерения режим работы реверсивного счетчика (сложение или вычитание) устанавливается автоматической схемой знака, которая по двум последовательностям счетных импульсов, сдвинутым на четверть периода частоты г" (!), определяет направление суммарной угловой скорости Й (!) + Й„, т. е. направление перемещения интерференционной картины перед апертурой фотоприемника кольцевого лазера. Остаток кода Ьй(, зафиксированный в реверсивном счетчике, через регистр поступает на цифровую ЭВМ, после чего цикл измерения повторяется. При идеальном интегрировании (см.
рис. !4.7) разность площадей цо' фигуры г' (1), соответствующих различным направлениям суммар- 295 . ктурная схема и импульсов пасо иамерительнотеля ЛГ с синуиодической <под- Оли,ифРоройЭВ// вой угловой скорости ьа (1) + ь«пп Д5 (51 + Яа) (Яа + 5«) ЛА/ так что (14.6) а(1) =а.з1п( — "Лй/). РТ<вп/п Из этой формулы вытекает важный вывод о том, что при таком йостроевии преобразователя значение измеряемой угловой скорости ве зависит от константы гироскопа К,хо — — 43/(),Е).
Это позволяет проектировать ЛГ, в которых кольцевой лазер может быть взаимозаменяемым. При этом ве требуется определения и запоминания звачевия крутизны Квхо. Конструктивно электронный измеритель (преобразователь) собран иа печатной плате. Усилитель-формирователь, схема знака и счетчик выполвевы ва микросхемах. 14.з. Методика оценки реальной и потенциальной точностей лазерного гироскопа Точность ЛГ характеризуется математическим ожиданием и средним квадратическим отклонением мивимальво обваруживаемой угловой скорости ьащ~п = стгр м1п/Квха Так как гр .= «р Ф1здр /то т]1,«< 296 й (/) = Ай//(КвхоТввп), где й<г/ = (А/1+ ]Ча) — (11/а + /1/«) Направление измеряемой скорости вращения ьа (/) можно также определять по виду кода А/1/ (прямой код соответствует «+», дополнительный — « — «), снимаемого с реверсивного счетчика.
Возможно времеввбе и одномерное представление измерительного преобразования частоты г (/). При времеввбм представлении в преобразователе производится подсчет периодов эталонной частоты за фиксируемый интервал времеви Т„„, однозначно зависящий от ьа (1). В этом случае ва счетный вход реверсивного счетчика через вентиль поступают импульсы с генератора эталонной частоты /и, а управление режимом работы счетчика производится схемой знака. Для сивусоидальвой периодической «подставки» <«', г'„, /р, 1т', РХ, Е, Т, Л, Г1д, ф1,«), тО Прп К„О = СОПЗ1 МатЕМатИЧЕСКСЕ ожидание суммарной погрешности измерения угловой скорости мож- во представить следующим образом (см.
и. 13,6): — дс р дг"р — дû— М(бг" з) = стг з= — Р /«ьа + — РА/«о+ — » Ач+ ..., где А, = дгр/дЬ«алр; А, = дгр/д/«„Аа = дгр/дт]; ...— частные про- изводвые (передаточвые отношения), через которые каждая первич- вая ошибка действует ва суммарную погрешность Ьгрд, .А«<яр, ~й„ /1«], Ж~ — средние значения первичных ошибок. Используя конкретные значения передаточвых отношений р ~о Ах=. Кохо' Аа = дрр/д] к ~ ' Аа = вхо ~ — атв — Зт< а также средние звачевия первичных ошибок, действующих ва сум- марвую погрешность: А«ад» 6 10 Рад/с; с«йо 10 а; Ап (Т) !6"; А/р 10 амА; ..., получаем для периметра Е = 40 см и длины волны Хо = 0,63 мкм кольцевого лазера математическое ожидание суммарной погрешиос- ти измеряемой угловой скорости М (Аьа) = 9,7 ° 10 рад/с.
Затем можно найти положение центра рассеявия суммарной погрешности. Рассеяние же суммарной погрешности по полю допуска в первом при- ближевии при условии А, = А, = Аа = ... = Ап = ! определяется дисперсией ]л (Аьа) либо средним квадратическим отклонением суммар- вой погрешности оо = — (о' -1- о„] оп~ + отв и „+ оат + (ац + ок) г „+ о,„] и< вха где од — среднее квадратическое откловеиие флюктуациоввой погрешвости развоствой частоты биений (дрейф ьлдр); и„ вЂ” среднее квадратическое отклонение погрешности лииеаризации; пч — средвее квадратическое отклонение смещения частоты биений при расстройке реаоватора вследствие разводобротвости; и,.,„ — среднее квадратическое отклонение погрешности от нестабильности параметров элемента смещевия частот (вестабильиость «подставки»); ат— среднее квадратическое отклонение погрешности от разности токов т— разряда в каналах моноблока; по — среднее квадратическое откловевие погрешвости от нестабильности козффициевта усилевия активной среды; пк — среднее квадратическое отклонение погрешности от вестабильности потерь резонатора; а„— среднее квадратическое откловевие погрешности развоствой частоты, возиикающей при определении знака вращения ЛГ.
Для примера определим численные звачевия величин, входящих в это равенство, для ЛГ, в качестве чувствительного элемевта которого используется резонатор прямоугольвой формы с периметром, Е = 40 см, ),о = 0,63 мкм. Будем считать, что выполняются следующие условия стабильности параметров резонатора; нестабильность периметра ЬЕ, О,ОУ,„т. е. И.//, (10; нестабильность тока накачки б/я//„(10 з; нестабильность тока разряда сх/р// (2 Х Х 1О . Для Рп = 50 кГц /р 30 мА.
Тогда, учтя методические рекомендации п. 13.6 и результаты расчета точности ЛГ, приведенные в 16, 7, 21, 231, получим значения составляющих:адр 5,8 ° 10 ' Гц; ал - 4,8 ° 1О Гц; оя — 1,74 Гц; и,,, 1,5 Гц; аы 0,12 Гц; оо 0,5 Гц; о„0,53 Гц и среднее квадратическое отклонение суммарной погрешности измеряемой угловой скорости оп 12,1 10 рад/с.
Точность ЛГ зависит также от погрешности электронного устройства измерения разностной частоты. Среднее квадратическое отклонение суммарной погрешности в общем случае можно представить в виде Ояе = оя + сая.п « и где /х„„— погрешность измерения Р электронным преобразователем.
Если положить оп = /х„„, то для достижения точности ЛГ поряд- -7 ка 5 ° 10 рад/с погрешность измерения разностной частоты на выходе кольцевого лазера не должна превышать 5 10 ' Гц. Для получения такой точности при измерении набега фазы Рр через 2п рад, т. е. обычным частотомером, необходимое время измерения составит Т„) 10 мин, что на практике выполнить не всегда возможно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
