равна:Волоконно-оптический гироскоп - скоростной квантовый гироскоп,
основанный на использовании эффекта Саньяка - смещения интерференционных полос
во вращающемся кольцевом интерферометре (см. Саньяка опыт ).Это смещение
возникает вследствие зависимости времени обхода светом вращающегося контура
от скорости вращения и направления обхода. Согласно общей теории относительности,
разность времени обхода вращающегося контура
равна:
где
- угл. скорость вращения, 
- полярные координаты точек контура. Учитывая, что 
,
можно записать
в виде, к-рый интерпретируется в рамках нерелятивистской кинематики:
где 5 - площадь контура,
-
угол между осью вращения и нормалью к плоскости контура. В результате величина
сдвига интерференционных полос 
определяется выражением:
где 
- длина волны света в вакууме. Регистрация малых угл. скоростей вращения требует
большой площади контура, поэтому практич. использование эффекта Саньяка стало
осуществимым лишь с появлением волоконных световодов.
Схема волоконно-оптического гироскопа. 1 - источник света; 2 - светоделительная пластинка; 3 - катушка с оптическим волокном; 4 - диафрагма; 5 - фотоприёмник; 6 - схема обработки информации; 7 - микрообъективы.
Чувствительным элементом волоконно-оптического гироскопа является многовитковая катушка со спец. волоконным световодом, обеспечивающим
стабильность поляризаций и разности фаз
интерферирующих воля (рис.). Сдвиг интерференционных полос пропорционален числу
витков световода в катушке, не зависит от положения оси вращения относительно
центра катушки, от формы площади катушки S, от показателя преломления
световода (без учёта дисперсии) и записывается в виде:
где 
- длина световода, Л - радиус катушки.
Для увеличения точности волоконно-оптического гироскопа используется ряд
методов. Так, напр., флуктуации интерференционных
полос из-за рэлеевского рассеяния и невзаимные сдвиги фаз за счёт разности интенсивностей
встречных волн могут быть уменьшены при использовании источников излучения с
широким спектром - полупроводниковых лазеров или суперлюминесцентных
диодов. Влияние невзаимных эффектов из-за изменения двойного лучепреломления
в волокне при разл. внеш. воздействиях (механич., тепловых, акустических и пр.)
может быть ослаблено при использовании одномодовых световодов (см. Волоконная
оптика). Т.к. прямое измерение сдвига интерференционной полосы сильно ограничивает
точность и динамич. диапазон, в реальных волоконно-оптических гироскопах
применяются более сложные
методы регистрации, использующие фазовую модуляцию, фазовую компенсацию, гетеродинные
методы и т. д.
Предельная чувствительность волоконно-оптического гироскопа (~10-4 град/ч) ограничивается нестабильностью характеристик
оптич. волокна, рассеянием света в нём, шумами фотоприёмника.
Достоинства волоконно-оптического гироскопа - малые габариты и вес, дешевизна.
Я. В. Кравцов, A. H. Шелаев
|
|
 |
