Современная электроника №2/2020

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 33 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2020 Рис. 2. Простейшая модель интерферометра Саньяка Рис. 3. Принцип измерения линейного ускорения в БЧЭ В усилителе фототока УФТ-095 фото- диод осуществляет преобразование интерференционного оптического сиг- нала в электрический сигнал, который несёт информацию о величине и знаке действующей угловой скорости вокруг оси чувствительности данного канала. Акселерометры предназначены для преобразования действующих вдоль их осей чувствительности линейных ускорений в электрический сигнал и выполнены на микроэлектромехани- ческих системах (МЭМС). Блок БЦО-087 осуществляет АЦ-преобразование сигнала УФТ, обра- ботку цифрового сигнала для выделе- ния информации об угловой скорости и линейном ускорении и формирует выходной информационный сигнал о величине и знаке проекции действу- ющей угловой скорости и ускорения по каждой измерительной оси. Блок БЦО-08 также формирует модулиру- ющее напряжение для фазовой моду- ляции световых потоков. Плата акселерометров ПА-008 осу- ществляет АЦ-преобразование сигна- лов акселерометров и обеспечивает электрическую связь акселерометров и БЦО-087 по цепям питания и инфор- мационных сигналов. Плата питания акселерометров ППА-069формирует необходимые пита- ющие напряжения акселерометров и обеспечивает коммутациюихинформа- ционных сигналов. Приборпредставляет собоймоноблок с размерами111 × 62мм. Масса прибора – 0,86 кг. Потребляемая мощность – не более 10 Вт. Рассмотрим принцип работы при- бора при измерении угловой скоро- сти. В предлагаемом решении, где каналы измерения угловой скоро- сти образуют трёхосный волокон- но-оптический гироскоп, исполь- зуется оптический эффект Саньяка. Измерение скорости вращения воло- конно-оптическим гироскопом осу- ществляется с помощью кольцевого интерферометра, в котором распро- странение света по замкнутому пути обеспечивается катушкой из оптиче- ского волокна. Простейшая модель интерферометра Саньяка изображе- на на рисунке 2. Свет входит в контур распростране- ния ВК в точке М (точка ввода-вывода излучения) и расщепляется на два луча, распространяющихся в противополож- ных направлениях: луч 1 – по часо- вой стрелке, что совпадает с направ- лением вращения ВК со скоростью Ω , и луч 2 – против часовой стрелки. После обхода контура свет выводит- ся из него в точке ввода-вывода, кото- рая займёт новое положение М ′ , опре- деляемое углом разворота Ωτ контура за время обхода τ . В общем случае вре- мена обхода для встречных лучей τ 1 и τ 2 будут неодинаковыми, а их разность Δτ = τ 1 – τ 2 будет определяться как: , где – время обхода световым потоком контура при отсутствии вра- щения; с – скорость света. Как видно из соотношения (1), раз- ность времён обхода встречных лучей пропорциональна скорости вращения волоконного контура. Подставив зна- чение τ 0 в формулу (1), получим: . Произведение π× R 2 в числителе (2) представляет собой площадь контура обхода светового потока. С увеличе- нием числа витков катушки с оптово- локном увеличивается и площадь кон- тура при неизменных внешних гео- метрических размерах. Это приводит к уменьшению нижнего предела зна- чений измеряемой скорости. Таким образом, повышается чувствитель- ность волоконно-оптического гиро- скопа (ВОГ). Разность времён обхо- да двумя лучами вращающего контура приводит к их взаимному фазовому сдвигу, что и используется для фор- мирования полезного выходного сиг- нала. Для измерения линейного ускорения в приборе используется принцип инер- ционности – стремления материаль- ного тела (чувствительного элемента акселерометра) сохранять неизменны- ми параметры своего движения (состо- яние покоя) в инерциальной системе отсчёта. Принцип измерения линейно- го ускорения в приборе проиллюстри- рован на рисунке 3. При воздействии вдоль оси чув- ствительности линейного ускорения на инерционнуюмассу будет действо- вать сила, прямо пропорциональная величине действующего ускорения. Инерционная масса, в свою очередь, стремясь сохранить своё состояние неизменным, воздействует на преоб- разующий элемент, который формиру- ет электрический сигнал, пропорцио- нальный действующему ускорению. Принцип работы преобразующего эле- мента может быть основан на измене- нии при действии силы: ● ёмкости конденсаторов, обкладки ко- торых расположены на корпусе аксе- лерометра и на чувствительном эле- менте; ● величины электрического заряда пье- зоэлементов; ● частоты колебаний струны преобра- зующего элемента и т.д. При подаче питания термоэлектри- ческий модуль (элемент Пельтье) в составе СЛД начинает поддерживать номинальную температуру СЛД – +20°С. СЛД формирует световой поток, опти- ческая мощность которого стабилизи- руется электронной схемой ПУИ-096. Свет излучается в оптоволокно – про- водник оптического излучения. Через МИОМ, разделившись на два пото- ка, излучение поступает во встречно направленные входы волоконного кон- тура. При этом электроника БЦО-087 по сигналу с УФТ-095 формирует элек- трическое напряжение, прикладывае- мое к МИОМ для осуществления фазо- вой модуляции световых потоков. При вращении вокруг осей чувстви- тельности световые потоки, обладая свойствами электромагнитных волн, будут иметь относительно друг друга фазовый сдвиг, вызванный эффектом Саньяка. Фазовая модуляция световых потоков позволяет компенсировать Свет вых. Свет вх. ВК М М ′ R 1 2 Ωτ Ω Преобразующий элемент Ось чувствительности Гибкий подвес Инерционная масса (1) (2)