Системи стабілізації поля зору сучасних танкових прицілів
Особливості спостереження з об'єктів, що рухаються. Просторові коливання об'єкта регулювання: вплив на точність систем стабілізації. Методи стабілізації поля зору приладів спостереження (сучасних танкових прицілів на основі електромеханічних гіроскопів).
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.03.2012 |
| Размер файла | 3,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Для розвантаження гірорами по осях X і Y застосовуються системи розвантаження аналогічні за складом й принципом дії гірорами з розв'язаними гіроскопами. Кожна система складається з індукційного датчика, підсилювача електродвигуна розвантаження.
Індукційний датчик виміряє кут прецесії зовнішньої рамки гіроскопа, перетворює його в пропорційну напругу, яка підсилюється і перетворюється підсилювачем та подається на електродвигун розвантаження. Електродвигун розвантаження створює на зовнішній рамці момент розвантаження, діючий проти зовнішнього обурюючого моменту. Збільшуючи момент розвантаження, можна збільшити сумарний стабілізуючий момент розвантаження і забезпечити необхідну точність стабілізації.
Наведення гірорами здійснюється за допомогою спеціальних електромагнітів наведення (електродвигунів). Для наведення гірорами відносно осі X електродвигун чи електромагніт з'єднується з зовнішньою рамою гіроскопа Г2 чи внутрішньої рамою гіроскопа Г1.
Управління електромагнітами (електродвигунами) здійснюється за допомогою спеціальних потенціометрів чи реостатів, встановлених у пульті навідника.
У випадку, коли двоплощинна гірорама з просторовими шарнірами є силовим стабілізатором лінії прицілювання, її зовнішню раму з'єднують з верхнім дзеркалом з передатним коефіцієнтом 1: 2, а корпус з'єднують з нижнім дзеркалом за допомогою стрічкової передачі 1: 1.
Дана гірорама дозволяє одержати значно більшу точність стабілізації лінії прцілювання ніж звичайні гірорами з розв'язаними гіроскопами. Основна її перевага - повна незалежність від поперечних кутових коливань основи.
До недоліків гірорами з просторовим шарніром необхідно віднести її конструктивну технологічну складність.
2.3 Розрахунок точності систем стабілізації поля зору на основі електромеханічних гіроскопів
2.3.1 Розрахунок точності двоплощинної гіроскопічної рами з розв'язаними гіроскопами
На рис.17 зображена структурна схема двоплощинної гірорами, яка застосовується в прицілах [10].
Рис.17. Структурна схема силового стабілізатора лінії прицілювання.
Розглядаючи роботу гірорами під час стабілізації у вертикальній площині, можна сказати, що на неї діють такі зовнішні збурення:
швидкість поздовжніх кутових коливань цк;
швидкість горизонтальних кутових коливань шк;
горизонтальне лінійне прискорення бz;
поздовжнє лінійне прискорення аx.
Це призводить до виникнення похибки стабілізації а гірорами.
Із структурної схеми визначимо передавальну функцію Wx (p) двоплощинної гірорами:
де Кр - передавальний коефіцієнт рамки;
Кг - передавальний коефіцієнт гіроскопа;
Н - головний кінематичний момент гіроскопа.
Момент збурення Мх складається з моменту тертя МТР і моменту неврівноваженості МН і може бути знайдений за формулою:
Виходячи із формули похибку стабілізатора гармати а при дії на рамку збурюючого моменту Мх визначимо за виразом:
a1=MxWx (p) =Mx/H2p.
В виразі зробимо заміну Мх правою частиною згідно формули. Отримаємо:
Для знаходження помилки гірорами під час дії на неї моменту
М визначимо передаточну функцію Wу (р):
Момент Му що прикладений до рамки гіроскопа, визначається сумою моментів тертя MТР і неврівноваженості МН:
Таким чином помилка стабілізації гірорами при дії на неї моменту збурення Му буде визначатись із виразу:
На основі рівнянь і сумарна похибка aУ стабілізації гірорами при впливі моментів збурення Мх та Му буде дорівнювати:
Знайдемо значення кожної складової, на основі яких визначимо сумарну помилку стабілізації гірорами уaУ.
Задамо вихідні дані чисельних параметрів: f = 20 г·см·с - коефіцієнт в'язкого тертя; fх = 135 г·см·с - коефіцієнт в'язкого тертя; Н = 4180 г·см·с - кінетичний момент; fx1=fу1 = 40 г·см·с - коефіцієнт в'язкого тертя; mp = 2000 г - вага рами; lнх = 0.1 см - плече нерівноваги; тг = 400 г - вага гіроскопа; lну1 = lну = 0,08 см - плече нерівноваги.
Таким чином, складова від повздовжньо-кутового коливання уaУ (цk) буде дорівнювати:
Підставимо в формулу вибране значення Sцk з табл.1 і знайдемо значення першої складової похибки aУ:
Аналогічно визначаємо складові від горизонтальних кутових коливань:
Для визначення складових від лінійних вертикальних прискорень скористаємось графоаналітичним способом:
Визначаємо квадрат модуля амплітудно-фазочастотної характеристики , для кожного значення частоти щ від 0 до 20. Після цього зводимо отримані результати в табл.2, та відображаємо залежність на графіку (рис.18)
Таблиця 2
Залежність квадрата модуля амплітудно-фазочастотної характеристики від значень частоти щ:
|
щ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
5,446·10-10 |
1,361·10-10 |
6,051·10-11 |
3,404·10-11 |
2,178·10-11 |
||
|
щ |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
1,513·10-11 |
1,111·10-11 |
8,509·10-12 |
6,723·10-12 |
5,446·10-12 |
||
|
щ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
4,501·10-12 |
3,782·10-12 |
3,222·10-12 |
2,779·10-12 |
2,42·10-12 |
||
|
щ |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
2,127·10-12 |
1,884·10-12 |
1,681·10-12 |
1,509·10-12 |
1,361·10-12 |
Рис.18. Квадрат модуля аплітудно - фазочастотної характеристики.
Для побудови графіка спектральної щільності прискорень задамо її за допомогою нормального закону розподілення відповідно до теорії вірогідності занесемо значення у відповідності до значень частоти щ до табл.3 і побудуємо графік спектральної щільності прискорень (рис. 19):
де у=4; mo=12 (в залежності від побудови графіка спектральної щільності прискорень).
Таблиця 3
Залежність спектральної щільності прискорень від значень частоти щ:
|
щ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
2,273·10-3 |
4,382·10-3 |
7,935·10-3 |
0,013 |
0,022 |
||
|
щ |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
0,032 |
0,046 |
0,06 |
0,075 |
0,088 |
||
|
щ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
0,097 |
0,1 |
0,097 |
0,088 |
0,75 |
||
|
щ |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
0,06 |
0,046 |
0,032 |
0,022 |
0,013 |
Рис. 19. Графік спектральної щільності прискорень.
Для отримання значень спектральної щільності гірорами перенесемо графік спектральної щільності прискорень на графік квадрата модуля амплітудно-фазочастотної характеристики в масштабі. У разі перемноження ординати двох графіків на кожному із значень частоти щ отримаємо спектральну щільність помилки гірорами (рис. 20). Отримані значення спектральної щільності гірорами занесемо до табл.4.
Таблиця 4
Залежність спектральної щільності гірорами від значень частоти щ:
|
щ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
1,24·10-12 |
6·10-13 |
4,8·10-13 |
4,6·10-13 |
4,7·10-13 |
||
|
щ |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
4,9·10-13 |
5,1·10-13 |
5,1·10-13 |
5,1·10-13 |
4,8·10-13 |
||
|
щ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
4,4·10-13 |
3,8·10-13 |
3,1·10-13 |
2,4·10-13 |
1,8·10-13 |
||
|
щ |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
1,3·10-13 |
8,605·10-14 |
5,443·10-14 |
3,254·10-14 |
1,838·10-14 |
Рис. 20. Графік спектральної щільності гірорами.
Методом інтегрування розрахуємо площу, замкнену під кривою ДS (аz) і осями координат:
рад2.
Для визначення складової похибки від лінійних вертикальних прискорень у (аz) обчислимо значення дисперсії:
де P - площа, замкнена під кривою ДS (аz) і осями координат; m - маштаб;
Аналогічно за допомогою графоаналітичного способу знайдемо складову уа (ах) від лінійних горизонтальних прискорень:
Визначаємо квадрат модуля амплітудно-фазочастотної характеристики , для значень частоти щ від 0 до 20. Після цього зводимо отримані результати в табл.5, та зобразимо залежність на графіку (рис.21).
Таблиця 5
Залежність квадрату модуля амплітудно-фазочастотної характеристики від значень частоти щ:
|
щ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
6,09·10-7 |
1,522·10-7 |
6,767·10-8 |
3,806·10-8 |
2,436·10-8 |
||
|
щ |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
1,692·10-8 |
1,243·10-8 |
9,515·10-9 |
7,518·10-9 |
6,09·10-9 |
||
|
щ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
5,033·10-9 |
4,229·10-9 |
3,603·10-9 |
3,107·10-9 |
2,707·10-9 |
||
|
щ |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
2,379·10-9 |
2,107·10-9 |
1,88·10-9 |
1,687·10-9 |
1,522·10-9 |
Рис.21. Квадрат модуля амплітудно-фазочастотної характеристики.
Для побудови графіка спектральної щільності прискорень задамо її за допомогою нормального закону розподілення відповідно до теорії вірогідності та занесемо значення у відповідності до значень частоти щ у табл.6. Побудуємо графік спектральної щільності прискорень (рис.22):
,
де: у=4; mo=12 (в залежності від побудови графіка спектральної щільності прискорень).
Таблиця 6
Залежність спектральної щільності прискорень від значень частоти щ:
|
щ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
2,273·10-9 |
6,7·10-10 |
5,4·10-10 |
5,1·10-10 |
5,3·10-10 |
||
|
щ |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
5,5·10-10 |
5,7·10-10 |
5,8·10-10 |
5,7·10-10 |
5,4·10-10 |
||
|
щ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
4,9·10-10 |
4,2·10-10 |
3,5·10-10 |
2,7·10-10 |
2·10-10 |
||
|
щ |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
1,4·10-10 |
9,622·10-11 |
6,086·10-11 |
3,639·10-11 |
2,055·10-11 |
Рис.22. Графік спектральної щільності прискорень.
Для отримання значень спектральної щільності гірорами перенесемо графік спектральної щільності прискорень на графік квадрата модуля амплітудно-фазочастотної характеристики в масштабі. У разі перемноження ординати двох графіків на кожному із значень частоти щ отримаємо спектральну щільність помилки гірорами (рис.23). Отримані значення спектральної щільності гірорами занесемо до табл.7.
Таблиця 7
Залежність спектральної щільності гірорами від значень частоти щ:
|
щ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
1,38·10-9 |
6·10-13 |
4,8·10-13 |
4,6·10-13 |
4,7·10-13 |
||
|
щ |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
4,9·10-13 |
5,1·10-13 |
5,1·10-13 |
5,1·10-13 |
4,8·10-13 |
||
|
щ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
4,4·10-13 |
3,8·10-13 |
3,1·10-13 |
2,4·10-13 |
1,8·10-13 |
||
|
щ |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
1,3·10-13 |
8,605·10-14 |
5,443·10-14 |
3,254·10-14 |
1,838·10-14 |
Рис.23. Графік спектральної щільності гірорами.
Методом інтегрування розрахуємо площу, замкнену під кривою ДS (аx) і осями координат:
Для визначення складової похибки від лінійних вертикальних прискорень у (аz) обчислимо значення дисперсії:
де P - площа, замкнена під кривою ДS (аz) і осями координат;
m - масштаб;
Значення складових похибок:
Аналізуючи значення складових похибок, ми можемо зробити висновок, що основний вплив на сумарну похибку стабілізації здійснюють горизонтальні кутові коливання, що діють на корпус.
Обчислимо сумарну помилку стабілізації із виразу:
Таким чином, сумарна помилка стабілізації двоплощинної гірорами з розв'язаними гіроскопами дорівнює 0,53 т.п.
2.3.2 Розрахунок точності двоплощинної гіроскопічної рами з просторовим шарніром
На рис.24 зображена структурна схема двоплощинної гірорами з просторовим шарніром, яка застосовується в прицілах 1Г46.
Рис.24. Структурна схема силового стабілізатора лінії прицілювання.
Розглядаючи роботу гірорами при стабілізації в вертикальній площині можна сказати, що на неї діють такі зовнішні збурення: швидкість поздовжніх кутових коливань цк; швидкість горизонтальних кутових коливань шк; горизонтальне лінійне прискорення бz; поздовжнє лінійне прискорення аx. Це призводить до виникнення похибки стабілізації а гірорами. Із структурної схеми визначимо передавальну функцію Wx (p) двоплощинної гірорами:
де Кр - передавальний коефіцієнт рамки; Кг - передавальний коефіцієнт гіроскопа; Н - головний кінематичний момент гіроскопа.
Момент збурення Мх складається з моменту тертя МТР і моменту неврівноваженості МН і може бути знайдений із виразу:
Mх=MТР+MH= fxpцk + mplHXaz.
Виходячи із формули, похибку стабілізатора гармати а при дії на рамку збурюючого моменту Мх визначимо за виразом
a1=MxWx (p) =Mx/2H2p.
В виразі зробимо заміну Мх правою частиною згідно формули. Отримаємо
Для знаходження помилки гірорами при дії на неї моменту М визначимо передаточну функцію Wу (р)
Момент Му, що прикладений до рамки гіроскопа, визначається сумою моментів тертя MТР і неврівноваженості МН
Му =MТР+MH= fy1pшk + mplHY1ax.
Таким чином, помилка стабілізації гірорами у разі дії на неї моменту збурення Му буде визначатись із виразу:
На основі рівнянь і сумарна похибка aУ стабшізації гірорами у разі впливу моментів збурення Мх та Му буде дорівнювати:
Знайдемо значення кожної складової, на основі яких визначимо сумарну помилку стабілізації гірорами уaУ.
Задамо вихідні дані чисельних параметрів:
f = 20 г·см·с - коефіцієнт в'язкого тертя;
fх = 135 г·см·с - коефіцієнт в'язкого тертя;
Н = 4180 г·см·с - кінетичний момент;
fx1 = fу1 = 40 г·см·с - коефіцієнт в'язкого тертя;
mp = 2000 г - вага рами;
lнх = 0.1 см - плече нерівноваги;
тг = 400 г - вага гіроскопа;
lну1 = lну = 0,08 см - плече нерівноваги.
Таким чином, складова від поздовжньо-кутового коливання уaУ (цk) буде дорівнювати:
Підставимо в формулу вибране значення Sцk з табл.1 і знайдемо значення першої складової похибки aУ:
Аналогічно визначаємо складові від горизонтальних кутових коливань:
Для визначення складових від лінійних вертикальних прискорень скористаємось графічним способом:
Визначаємо квадрат модуля амплітудно-фазочастотної характеристики , для значень частоти щ від 0 до 20. Після цього зводимо отримані результати в табл.8, та зобразимо залежність на графіку (рис.25).
Таблиця 8
Залежність квадрату модуля амплітудно-фазочастотної характеристики від значень частоти щ:
|
щ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
1,361·10-10 |
3,404·10-11 |
1,513·10-11 |
8,509·10-12 |
5,446·10-12 |
||
|
щ |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
3,782·10-12 |
2,779·10-12 |
8,509·10-12 |
1,681·10-12 |
1,361·10-12 |
||
|
щ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
1,125·10-12 |
9,455·10-13 |
8,056·10-13 |
6,946·10-13 |
6,051·10-13 |
||
|
щ |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
5,318·10-13 |
4,711·10-13 |
4, 202·10-13 |
3,771·10-13 |
3,404·10-13 |
Рис.25. Квадрат модуля амплітудно-фазочастотної характеристики.
Для побудови графіку спектральної щільності прискорень задамо її за допомогою нормального закону розподілення відповідно до теорії вірогідності занесемо значення у відповідності до значень частоти щ у табл.9 та побудуємо графік спектральної щільності прискорень (рис.26):
,
де: у=4; mo=12 (в залежності від побудови графіка спектральної щільності прискорень).
Таблиця 9
Залежність спектральної щільності прискорень від значень частоти щ:
|
щ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
2,273·10-3 |
4,382·10-3 |
7,935·10-3 |
0,013 |
0,022 |
||
|
щ |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
0,032 |
0,046 |
0,06 |
0,075 |
0,088 |
||
|
щ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
0,097 |
0,1 |
0,097 |
0,088 |
0,75 |
||
|
щ |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
0,06 |
0,046 |
0,032 |
0,022 |
0,013 |
Рис.26. Графік спектральної щільності прискорень.
Для отримання значень спектральної щільності гірорами перенесемо графік спектральної щільності прискорень на графік квадрату модуля амплітудно-фазочастотної характеристики у масштабі. При перемноженні ординати двох графіків на кожному із значень частоти щ отримаємо спектральну щільність помилки гірорами (рис.27). Отримані значення спектральної щільності гірорами занесемо до табл.10.
Таблиця 10
Залежність спектральної щільності гірорами від значень частоти щ:
|
щ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
3,1·10-13 |
1,5·10-13 |
1,2·10-13 |
1,14·10-13 |
1,18·10-13 |
||
|
щ |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
1,22·10-13 |
1,22·10-13 |
1,28·10-13 |
1,26·10-13 |
1,2·10-13 |
||
|
щ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
1,08·10-13 |
9,4·10-14 |
7,8·10-14 |
6,2·10-14 |
4,6·10-14 |
||
|
щ |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
3,2·10-14 |
2,2·10-14 |
1,3·10-14 |
8,134·10-15 |
4,594·10-15 |
Рис.27. Графік спектральної щільності гірорами.
Методом інтегрування розраховуємо площу, замкнену під кривою
ДS (аz) і осями координат:
Для визначення складової похибки від лінійних вертикальних прискорень у (аz) обчислимо значення дисперсії:
де P - площа, замкнена під кривою ДS (аz) і осями координат;
m-масштаб.
Аналогічно за допомогою графоаналітичного способу знайдемо складову уа (ах) від лінійних поперечних прискорень:
Визначаємо квадрат модуля амплітудно-фазочастотної характеристики , для значень частоти щ від 0 до20. Після цього зводимо отримані результати до табл.11, та відображаємо залежність на графіку (рис.28)
Таблиця 11
Залежність квадрату модуля амплітудно-фазочастотної характеристики від значень частоти щ:
|
щ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
1,52·10-7 |
3,806·10-8 |
1,692·10-8 |
9,515·10-9 |
6,09·10-9 |
||
|
щ |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
4,229·10-9 |
3,107·10-9 |
2,379·10-9 |
1,88·10-9 |
1,522·10-9 |
||
|
щ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
1,258·10-9 |
1,057·10-9 |
9,009·10-10 |
7,768·10-10 |
6,767·10-10 |
||
|
щ |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
5,947·10-10 |
5,268·10-10 |
4,699·10-10 |
4,217·10-10 |
3,806·10-10 |
Рис.28. Квадрат модуля амплітудно-фазочастотної характеристики.
Для побудови графіку спектральної щільності прискорень задамо її за допомогою нормального закону розподілення згідно теорії вірогідності занесемо значення у відповідно до значень частоти щ до табл.12 та побудуємо графік спектральної щільності прискорень (рис.29):
,
де у=4; mo=12 (в залежності від побудови графіка спектральної щільності прискорень).
Таблиця 12.
Залежність спектральної щільності прискорень від значень частоти щ:
|
щ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
2,273·10-3 |
4,382·10-3 |
7,935·10-3 |
0,013 |
0,022 |
||
|
щ |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
0,032 |
0,046 |
0,06 |
0,075 |
0,088 |
||
|
щ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
0,097 |
0,1 |
0,097 |
0,088 |
0,75 |
||
|
щ |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
0,06 |
0,046 |
0,032 |
0,022 |
0,013 |
Рис.29. Графік спектральної щільності прискорень.
Для отримання значень спектральної щільності гірорами перенесемо графік спектральної щільності прискорень на графік квадрату модуля амплітудно-фазочастотної характеристики в масштабі. При перемноженні ординати двох графіків на кожному із значень частоти щ отримаємо спектральну щільність помилки гірорами (рис.30). Отримані значення спектральної щільності гірорами занесемо до табл.13.
Таблиця 13
Залежність спектральної щільності гірорами від значень частоти щ:
|
щ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
3,46·10-10 |
1,66·10-10 |
1,34·10-10 |
1,28·10-10 |
1,32·10-10 |
||
|
щ |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
1,36·10-10 |
1,42·10-10 |
1,44·10-10 |
1,42·10-10 |
1,34·10-10 |
||
|
щ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
1,22·10-10 |
1,06·10-10 |
8,8·10-11 |
6,8·10-11 |
5·10-11 |
||
|
щ |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
3,6·10-11 |
2,4·10-11 |
1,5·10-11 |
9,096·10-12 |
5,138·10-12 |
Рис.30. Графік спектральної щільності гірорами.
Методом інтегрування розрахуємо площу, замкнену під кривою
ДS (аx) і осями координат:
рад2.
Для визначення складової похибки від лінійних вертикальних прискорень у (аz) обчислимо значення дисперсії:
де P - площа, замкнена під кривою ДS (аz) і осями координат;
m - масштаб;
Значення складових похибок:
Аналізуючи значення складових похибок, ми можемо зробити висновок, що основний вплив на сумарну похибку стабілізації здійснюють горизонтальні кутові коливання, що діють на корпус.
Обчислимо сумарну помилку стабілізації із виразу:
Таким чином, сумарна помилка стабілізації двоплощинної гірорами з просторовим шарніром дорівнює 0,21 т.п.
2.4 Висновки до розділу
На основі проведеного аналізу точності систем стабілізації поля зору сучасних танкових прицілів на основі електромеханічних гіроскопів можна стверджувати про перевагу двоплощинної гірорами з просторовим шарніром у порівнянні із двоплощинною гірорамою з розв'язаними гіроскопами за показниками точності.
Значення сумарної помилки даного типу гірорами коливається в границях 0,21 т.п. Що стосується поліпшення проблеми точностних характеристик конструктора стикаються з проблемами пов'язаними із збільшенням вагогабаритних характеристик, що в свою чергу призводить до труднощів при виготовленні та збільшення їх вартості. Тому альтернативним та принциповим рішенням поліпшення точностних характеристик є застосування нових типів матеріалів, технологій і, нарешті, нових типів гіроскопів.
3. Дослідження систем стабілізації поля зору перспективних танкових прицілів на основі волоконно-оптичних гіроскопах
3.1 Тенденції розвитку датчиків чутливості стабілізаторів поля зору (гіроскопів)
Термін гіроскоп, який можна перевести як "спостерігач обертань" (від грец. gyros - круг, gy-reuo - кружляюся, обертаюся і scopeo - дивлюся, спостерігаю), був запропонований у 1852 році французьким вченим Леоном Фуко для винайденого ним приладу, призначеному для демонстрації обертання Землі навколо своєї осі. Для цього Фуко використав швидкообертовий пристрій, який названий кардановим підвісом, а тому довгий час слово "гіроскоп" використовувалося для позначення швидкообертового симетричного твердого тіла [17].
Згідно з законами класичної ньютонівської механіки, швидкість повороту осі гіроскопа в просторі обернено пропорційна його власній кутовій швидкості і, отже, вісь швидкообертового гіроскопа повертається так повільно, що на деякому інтервалі часу її можна використовувати як покажчик незмінного напряму в просторі.
Гіроскопічні прилади можна розділити на вимірювальні та силові [10,14]. Силові служать для створення моментів сил, прикладених до основи, на якій встановлений гіроприлад, а вимірювальні призначені для визначення параметрів руху основи (вимірюваними параметрами можуть бути кути повороту основи, проекції вектора кутової швидкості і тощо).
3.1.1 Класичні електромеханічні гіроскопи
Найпростішим гіроскопом, з незвичайними властивостями якого ми знайомі ще з дитинства, є дзига. Парадоксальність поведінки дзиги полягає в її опорності змінити напрям осі обертання. через дію зовнішньої сили вісь дзиги (гіроскопа) починає рухатися (прецесувати) в напрямі, перпендикулярному вектору сили. Саме через цю властивість дзига, що обертається, не падає, а її вісь описує конус навколо вертикалі. Цей рух називається регулярною прецесією важкого твердого тіла.
Основною кількісною характеристикою ротора механічного гіроскопа є його вектор власного кінетичного моменту, званого також моментом кількості руху або моментом імпульсу:
H=CЩ, (3.1)
де: С - момент інерції ротора гіроскопа щодо осі власного обертання;
Щ - складова вектора абсолютної кутової швидкості ротора, яка направлена по осі власного обертання.
Повільний рух вектора власного кінетичного моменту гіроскопа під дією моментів зовнішніх сил називається прецесією гіроскопа і описується векторним рівнянням:
щН = М, (3.2)
де щ - вектор кутової швидкості прецесії;
Н - вектор власного кінетичного моменту гіроскопа;
М - ортогональна до моменту імпульсу Н складова вектора моменту зовнішніх сил, прикладених до гіроскопа.
Момент сил, прикладених з боку ротора до підшипників вісі власного обертання ротора, що виникає під час зміни напряму осі, називається гіроскопічним моментом і описується рівнянням:
Мg =-М=Hщ. (3.3)
Похибка гіроскопа вимірюється швидкістю відходу його вісі від первинного положення. Згідно з рівнянням (3.2), величина відходу, званого також дрейфом, виявляється пропорційною моменту сил М щодо центру підвісу гіроскопа:
. (3.4)
Відхід зазвичай вимірюється в кутових градусах на момент одиниці часу.
З формули (3.4) витікає, що вільний гіроскоп функціонує ідеально лише в тому випадку, якщо зовнішній момент М дорівнює нулю. При цьому вісь власного обертання в точності збігатиметься з необхідним напрямом інерціального простору - напрямом на нерухому зірку.
На практиці будь-які засоби, використовувані для підвішення ротора гіроскопа, є причиною виникнення небажаних зовнішніх моментів невідомої величини і напряму. На перший погляд формула (3.4) тривіальна і визначає очевидні шляхи підвищення точності гіроскопа: треба зменшити шкідливий момент сил М і збільшити кінетичний момент гіроскопа Н. Однак будь-яке істотне просування на цьому шляху вимагає вирішення складних проблем як в області теорії, так і в області технології. Формула (1.5) дає можливість оцінити рівень вимог, що стоять перед розробниками гіроскопів. Припустимо, що ротор гіроскопа являє собою однорідний сталевий циліндр радіусу r = 3 см і висотою h = 2 см. Маса такого ротора т = 0,458 кг, вага Р= 4,5H, момент інерції ротора гіроскопа щодо осі симетрії С= тr2/2 = 2,06 · 10-4 кг · м2. За кутової швидкості Щ = 60 000 об/хв кінетичний момент гіроскопа Н= 1,3 Н · м ·с. Якщо центр мас нашого гіроскопа зміщений від центру карданового підвісу на величину l= 1 мкм, то шкідливий момент М - Pl = = 4,5 · 10-6 H · м. Згідно формулі (3.4), уведення даного гіроскопа складає:
град/год. (3.5)
Кращі сучасні гіроскопи, про які мова піде нижче, мають випадковий відхід на рівні 10-4-10-5 град/год.
Вісь гіроскопа з похибкою 10-5 град/год здійснює повний оберт на 360° за 4 тис. років! З наведеного вище прикладу виходить, що точність балансування класичного гіроскопа з похибкою 10-5 град/год повинна бути краще за одну десятитисячну частку мікрона (10-10 м), тобто зсув центру мас ротора з центра підвішення не повинен перевищувати величину діаметра атома водню, що нереально.
Вперше урівноважений гіроскоп знайшов практичне (на жаль, негуманне) застосування в пристрої для стабілізації курсу торпеди, винайденому в 80-х роках позаминулого сторіччя інженером Обрі. Гіроскоп Обрі встановлювався в кардановому підвісі так, щоб його вісь обертання була паралельна поздовжній осі торпеди. Ротор гіроскопа приводився до обертання за декілька секунд до пострілу, коли вісь торпеди була вже направлена на ціль. Під час руху торпеди гіроскоп продовжував зберігати початковий напрям і у разі виникнення відхилень торпеди повертав її кермо так, щоб забезпечити незмінність курсу. Аналогічні прилади в різних варіантах виконання і під різними найменуваннями в 20-х роках минулого сторіччя почали використовувати також на літаках для вказання курсу (гіроскопи напряму, гіронапівкомпаси), а пізніше для керування рухом ракет, та стабілізації артилерійського озброєння.
3.1.2 Нові типи гіроскопів
Постійно зростаючі вимоги до точнісних і експлуатаційних характеристик гіроскопічних приладів стимулювали учених і інженерів багатьох країн світу не тільки до подальших удосконалень класичних гіроскопів з ротором, що обертався, але і до пошуків принципово нових ідей, що дозволяють вирішити проблему створення чутливих датчиків для індикації і вимірювання з великою точністю кутових рухів об'єкта в просторі [11,15].
На сьогодні час відомо більше ста різних явищ і фізичних принципів, що дозволяють вирішувати гіроскопічні завдання, тому зупинимося тільки на найцікавіших напрямах, за допомогою яких отримані найбільш значні практичні результати та наведемо коротко характеристику деяких найбільш цікавих гіроскопів для стабілізаторів поля зору.
Зупінімся коротко на характеристиці деяких найбільш цікавих гіроскопів для стабілізаторів поля зору.
3.1.2.1 Гіроскопи з газостатичною опорою підвісу
Газостатичні опори підвісу застосовуються для підвищення точності, надійності і динамічних властивостей гіроприладів.
У цих гіроскопах розробники замінили кулькові підшипники, які застосовуються в традиційному кардановому підвісі, газовою подушкою, що повністю усунуло вплив зношення матеріалу опор під час роботи і дозволило майже необмежено збільшити час роботи приладу. Жорсткість аеродинамічного підвісу не менша, ніж звичайних кулькоподібних підшипників. До недоліків газових опор слід віднести досить великі втрати енергії на роботу зовнішніх джерел газа і можливість раптової відмови через випадковий контакт поверхонь опори між собою.
3.1.2.2 Поплавкові гіроскопи
Поплавковим гіроскопом (ПГ) є класичний роторний гіроскоп, в якому для розвантаження підшипників підвісу всі рухомі елементи врівноважені в рідині з великою питомою вагою так, щоб вага ротора разом з кожухом врівноважувалася гідростатичними силами. Завдяки цьому у багато разів знижується сухе тертя в осях підвісу і збільшується ударна і вібраційна стійкість приладу. Герметичний кожух, що виконує роль внутрішньої рамки карданового підвісу, називається поплавком. Конструкція поплавка повинна бути максимально симетричною. Ротор гіроскопа всередині поплавка обертається на повітряній подушці в аеродинамічних підшипниках із швидкістю 30 - 60 тис. обертів у хвилину. ПГ з великим в'язким тертям рідини називається також інтегруючим гіроскопом.
ПГ до теперішнього часу залишається одним з найбільш поширених типів гіроскопів і, безумовно, найбільш ширше застосування знайдуть найближчими роками, оскільки грунтується на добре відпрацьованих технологіях, могутній виробничій базі. Але нові розробки ПГ, мабуть, недоцільні, оскільки подальше підвищення точності потребує створення більш високих технологій і навряд чи буде економічно виправданим.
3.1.2.3 Кільцеві лазерні гіроскопи
Кільцевий лазерний гіроскоп (КЛГ), званий також квантовим гіроскопом, створений на основі лазера з кільцевим резонатором, в якому по замкнутому оптичному контуру одночасно розповсюджуються зустрічні електромагнітні хвилі. Довжини цих хвиль визначаються умовами генерації, згідно з якими на довжині периметра резонатора повинне укластися ціле число хвиль, тому на нерухомій основі частоти цих хвиль збігаються. Під час обертання резонатора лазерного гіроскопа шлях, що проходять промені по контуру, стає різним і частоти зустрічних хвиль стають неоднаковими. Хвильові фронти променів інтерферують один з одним, створюючи інтерференційні смуги. Обертання резонатора лазерного гіроскопа приводить до того, що інтерференційні смуги починають переміщуватися зі швидкістю, пропорційній швидкості обертання гіроскопа. Інтегрування за часом вихідного сигналу лазерного гіроскопа, пропорційного кутовій швидкості, дозволяє визначити кут повороту об'єкта, на якому встановлений гіроскоп.
До переваг лазерних гіроскопів слід віднести перш за все відсутність ротора, що обертається, підшипників, схильних до дії сил тертя. У даний час розроблені лазерні гіроскопи, що мають точність на рівні 2·10 - 3…5·10-1 град/год.
3.1.2.4 Волоконно-оптичні гіроскопи
Значні досягнення в області розробки і промислового випуску світловодів з мінімальним значенням погонного загасання і інтегральними оптичними компонентами даних призвели до початку робіт над волоконно-оптичним гіроскопом (ВОГ), котрий є волоконно-оптичним інтерферометром, в якому розповсюджуються зустрічні електромагнітні хвилі. Найбільш поширений варіант ВОГ - багатовиткова котушка оптичного волокна. Досягнута в лабораторних зразках точність ВОГ наближається до точності КЛГ. ВОГ через простість конструкції є одним з найбільш дешевих середньої та високої точності гіроскопів, і можна сподіватися, що він витисніть КЛГ у діапазоні точності 10-2 град/год і нижче.
Волоконний оптичний гіроскоп (ВОГ) відноситься до оптично-електронних приладів, створення і розвиток яких став можливим завдяки останнім досягненням в області елементної бази квантової електроніки. ВОГ відноситься до оптичних гіроскопів, принцип дії яких заснований на вихровому (обертальному) ефекті Саньяка [7,15]. Цей прилад у ряді випадків може повністю замінити складні і дорогі електромеханічні (роторні) гіроскопи і двовісьові гіроскопічні платформи і рами.
Можливість створення реального високочутливого ВОГ з'явилася лише з промисловою розробкою одномодового діелектричного світловода з малим загасанням, а також інших компонентів на інтегральних оптичних схемах. Сама ідея ВОГ "визріла" в процесі робіт по розробці кільцевого лазерного гіроскопа (КЛГ). У КЛГ чутливим елементом є кільцевий резонатор, що самозбуджується, з активним газовим середовищем і дзеркалами, що відбивають, тоді як у ВОГ пасивний багатовитковий діелектричний контур світловода збуджується "зовнішнім" джерелом світлового випромінювання.
3.2 Переваги волоконно-оптичних гіроскопів
Переваги волоконно-оптичних гіроскопів у порівнянні з кільцевими лазерними гіроскопами:
а) у ВОГ відсутня синхронізація типів коливань, які зустрічно прямують, поблизу нульового значення кутової швидкості обертання, а це дозволяє вимірювати дуже малі кутові швидкості без необхідності конструювати складні в настройці пристрою зсуви нульової точки;
б) конструкція ВОГ цілком виконується на інтегральних оптичних схемах, що полегшує експлуатацію і підвищує надійність;
в) ВОГ вимірює швидкість обертання основи, тоді як КЛГ фіксує приріст швидкості;
г) ефект Саньяка у ВОГ виявляється на декілька порядків сильніше із-за малих втрат в оптичному волокні і більшою у порівнянні з довжиною оптичного контура КЛГ довжиною волокна світловода;
д) конфігурація ВОГ дозволяє відчувати реверс напряму обертання.
Переваги волоконно-оптичних гіроскопів у порівнянні з класичними (електромеханічними) гіроскопами:
а) підвищена надійність і дешевизна під час виготовлення у зв'язку з відсутністю механічних елементів, що обертаються, і підшипників;
б) практично миттєва готовність до роботи, оскільки не витрачається час на розкручування ротора;
в) малі габарити і маса конструкції, завдяки можливості створення ВОГ повністю на інтегральних оптичних схемах;
г) висока чутливість приладу (точність), що досягається при невисокій вартості виробництва і відносній простоті технології виготовлення;
д) незначне споживання енергії при стандартному низьковольтному електроживленні;
е) великий динамічний діапазон вимірювання кутових швидкостей одним і тим же приладом;
ж) нечутливість до великих лінійних прискорень і працездатність в умовах високих механічних перевантажень;
з) висока перешкодостійкість, нечутливість до могутніх зовнішніх електромагнітних дій завдяки діелектричній природі волокна;
и) слабка схильність проникаючої гама-нейтронної радіації;
к) здатність працювати в інерціальній системі керування і стабілізації об'єкту без гіромеханічних похибок.
3.3 Принцип дії волоконно-оптичного гіроскопа
На початку XX сторіччя фізики різних країн провели ряд експериментів зі світловим світловодом, використовуючи установки, які згодом стали основою для створення сучасних оптичних гіроскопів. До них, в першу чергу, відноситься волоконно-оптичний гіроскоп (ВОГ).
У оптичних гіроскопах немає ротора. Ці прилади носять назви гіроскопічних тому, що можуть виконувати ті ж функції, що і гіроскоп (тобто використовуючи переклад з грецького слова "гіроскоп" - покажчик обертання). Основним елементом оптичного гіроскопа - є замкнутий оптичний контур, по якому розповсюджуються світлові промені, що зустрічно прямують.
У ВОГ замкнутий оптичний контур створений багатовитковою котушкою оптичного волокна.
Принцип дії оптичних гіроскопів заснований на "вихровому" ефекті Саньяка, який відкритий цим вченим у 1913р. Розглянемо зміст вихрового ефекта. Якщо в замкнутому оптичному контурі в протилежних напрямах розповсюджуються два світлових променя, то при нерухомому контурі фазові набіги обох променів, що пройшли весь контур, будуть однаковими. Під час обертання контура навколо вісі, перпендикулярної до площини контура, фазові набіги променів неоднакові, а різниця фаз променів пропорційна кутовій швидкості обертання Щ контура Q.
На рис.31. зображений ідеальний кільцевий оптичний контур радіусу RK. Промінь світла приходить у точку А і за допомогою дзеркал 31 і 32 розщеплюється на два променя, один з яких розповсюджується у контурі за годинниковою стрілкою, а інший проти годинникової стрілки.
Рис.31. Ефект Саньяка в кільцевому оптичному контурі.
За допомогою цих же дзеркал, після розповсюдження в контурі, промені об'єднуються і прямують одним шляхом. При нерухомому контурі шляху проходження променів однакові і рівні:
(3.6)
де с - швидкість світла;
- час проходження периметра контура променем.
Обидва променя приходять у точку А на розщеплювач у фазі. Якщо контур (основа) обертається з постійною кутовою швидкістю Щ, то промінь, який розповсюджується за годинниковою стрілкою, перш ніж потрапляє на розщеплювач, що переміщається, пройде шлях:
(3.7)
Це викликано тим, що за час проходження променем по замкнутому контуру розщеплювач, який знаходився раніше в точці А, піде в точку В. Для променя, що розповсюджується проти годинникової стрілки, шлях буде:
. (3.8)
Як видно, шляхи розповсюдження променів, що протилежно рухаються, різні. Оскільки швидкість світла величина постійна, це еквівалентно різному часу проходження променів, що розповсюджуються у протилежних напрямах замкнутого контура, які обертається, ф+ і ф-. Різниця часу розповсюдження променів, або відносне запізнювання зустрічних хвиль:
(3.9)
або в наближенні першого порядку (по RK відносно с)
. (3.10)
Вважаючи, що - площа всього контура, вираз запишеться у вигляді:
(3.11)
Якщо відносне запізнювання зустрічних хвиль, яке з'явилось під час обертання, виразити через різницю фаз зустрічних хвиль, то вона складе:
(3.12)
де - кутова швидкість хвиль випромінювання;
- довжина хвиль випромінювання;
v - частота випромінювання.
Різниця фаз називається фазой Саньяка, та як видно із формули, вона пропорційна кутової швидкості обертання Щ оптичного контура.
Як уже згадувалось, у ВОГ контур створений багатовитковою котушкою оптичного волокна. Якщо довжина нитки оптичного волокна L, та вона накручена на циліндр радіуса R, то фаза Саньяка для ВОГ складає:
(3.13)
де N - число витків в котушці контура;
SB - площа витка контура;
Щ - кутова швидкість основи з розташованим на ній контуром.
Вимірюючи електронним пристроєм різницю фаз, можна отримати інформацію про кутову швидкість обертання підстави (об'єкту), на якій закріплений оптичний контур. Інтегруючи виміряний сигнал, отримують кут повороту основи (об'єкту). Ця інформація потім використовується для управління і стабілізації об'єктів (дзеркал).
3.4 Основні елементи волоконно-оптичного гіроскопа
На рис.32. представлена схема пристрою ВОГ. Випромінювання лазерного діода (світловий випромінювач 1) подається на світлоподільник 2 та поділяються на два променя. Два променя, що обійшли контур в протилежних напрямах, рекомбінують на світлоподільнику 2 і змішуються у фотодетекторі 3.
Як відомо основними елементами ВОГ є волоконний контур, світловий випромінювач і фотодетектор. Наявність цих елементів необхідна, але недостатня для конструкції даного гіроскопа. Залежно від конструктивних особливостей конкретного типу ВОГ використовуються самі різні типи оптичних елементів і електронних систем обробки сигналу. Так, разом із згаданими вище трьома оптичними елементами в конструкціях ВОГ застосовують поляризатори, фазові пластинки, ротатори (обертаючі площини поляризації), фазові і частотні модулятори, з'єднувачі і світлоподільники променів, просторові фільтри, дзеркала, інтегральні оптичні схеми тощо.
Розглянемо основні елементи ВОГ:
Рис.32. Принципова схема ВОГ.
1 - світловий випромінювач, 2 - світлоподільник, 3 - фотодетектор, 4 - електронний пристрій обробки.
Волоконно-оптичний контур виготовляють з одного з трьох видів оптичного волокна, використаних у ВОГ: багатомодового, одномодового і одномодового зі стійкою поляризацією.
Ступінчасті багатомодові світлопроводи, у якого показник заломлення осердя постійний, мають велику дисперсію світлового імпульсу (50 нс/км) і відносно вузьку смугу пропускання (10.20 Мгц · км). Багатомодові світлопроводи застосовувалися на початковій стадії розвитку ВОГ, проте властиві ним недоліки, зокрема, погані дисперсійні характеристики, привели до того, що багатомодовий світлопровід був витиснений одномодовим.
В останні роки для виготовлення ВОГ розробники все частіше використовують так зване одномодове волокно (a /л =5…10, де а - радіус світловедучого осердя, л - довжина хвилі світла із стійкою поляризацією), що дозволяє зменшити втрати, зберегти поляризацію моди на великих довжинах світловода, позбавитись причин невзаємностей (відсутність дисперсії мод та зменшення дисперсії матеріалу), проте вимагає розробки прецизійних з'єднувачів, поляризаторів, фільтрів, фазових модуляторів та інших елементів, побудованих безпосередньо на одномодовому оптичному волокні.
Збереження поляризації досягають спеціальними методами виготовлення одномодового волокна: методом індуктованого двопроменезаломлення матеріалу волокна, або методом введення геометричної еліптичності в осерді волокна, або комбінацією цих двох методів.
Як світловий випромінювачи в конструкціях ВОГ використовують, як правило, напівпровідникові лазери (лазерні діоди - ЛД), світлодіоди (СД) і суперлюмінісцентні діоди (СЛД).
ЛД привабливі для виготівників ВОГ малими габаритами і масою, високим коефіцієнтом корисної дії, твердотільною конструкцією, прямим струмовим накачуванням і малою вартістю. Шляхом уведення різних домішок у матеріал напівпровідника ЛД можна перекривати необхідний діапазон довжин хвиль випромінювання.
СД у порівнянні з ЛД простіші в конструктивному виконанні, володіють меншою температурною залежністю потужності випромінювання і мають високі показники надійності. СД генерують некогерентне випромінювання і спектральний розподіл лінії випромінювання принаймні на порядок ширше за лінію випромінювання ЛД. Широкий спектр випромінювання СД дуже сприятливий для ВОГ, оскільки за рахунок малої довжини когерентності дозволяє компенсувати вплив ефекту Керра і зворотнього релеєвского розсіяння. Але коефіцієнт введення випромінювання СД в світловоди з низькою числовою апертурою значно менше, ніж для ЛД.
СЛД знаходяться в проміжку між ЛД і СД. СЛД - це лазерний діод з ширшою смугою переходу для генерації більшого числа типів коливань (мод) і противідбивним покриттями граней. Відомо, що у звичайного інжекційного лазерного діода ширина спектру випромінювання складає 0,01.0,1 нм, а в суперлюмінісцентному діоді 20.50 нм. Тому СЛД використовуються в багатьох конструкціях ВОГ завдяки достатньо гарною сполученості зі світловодом - майже такой, яка досягається у ЛД із застосуванням додаткових лінз для належного фокусування світла. Це необхідно для того, щоб випромінювач інжектував в одномодовий волоконний світловід достатню оптичну потужність, близько 100 і більше мікроват.
Фотодетектор ВОГ перетворює оптичну інтерференційну картину на його вході у вихідний електричний сигнал. Оскільки інтенсивність інтерференційного оптичного сигналу залежить від співвідношення фаз двох променів, що інтерферують, амплітуда електричного сигналу, лінійно пов'язана з інтенсивністю оптичного сигналу, відображає згадані фазові співвідношення. У свою чергу, відповідно до ефекту Саньяка, різниця фаз двох променів пропорційна кутовій швидкості обертання ВОГ. Ця специфіка застосування фотодетектора у ВОГ накладає певні вимоги на параметри і характеристики фотодетектора. Перш за все фотодетектор повинен володіти дуже високою чутливістю або високим дозволом з тим, щоб "відчувати" такі градаційні зміни інтенсивності випромінювання, які відповідають різниці оптичних коливань порядку 10-7 рад, що еквівалентно кутовій швидкості обертання ВОГ приблизно 10-2.10-3 град/год.
Для суттєвого підвищення чутливості до малих змін інформативного параметру, тобто фази Саньяка, у волоконний контур розміщують фазовий модулятор, який дає взаємний зсув р/2 між двома променями, які рухаються протилежно. В такій схемі інтенсивність випромінювання на фотодетекторі при малих кутових швидкостях змінюється лінійно. У разі нехтування постійною складовою вихідного струму і введення фазового зсуву р/2 вихідний струм фотодетектора при малих значеннях зміни фази Саньяка Дцс визначається із виразу:
, (3.14)
де Dф =зq/зf - коефіцієнт перетворення фотодетектора;
з - квантова ефективність фотодетектора;
q - заряд електрона;
f - частота оптичного випромінювання.
Таким чином, значення вихідного струму фотодетектора прапорційно фазі Саньяка, яка в свою чергу, прапорційна кутовій швидкості обертання волоконного контура (основи).
Виявлення кутової швидкості обертання волоконного контура значенням 1 град/год вимагає реєстрації фази (різниці фаз променів, які рухаються на зустріч) з роздільною здатністю порядка 10-5 рад.
Фотодетектор також повинен забезпечувати необхідний динамічний діапазон і швидкодію, відповідати умовам сумісності зі світловодами і електронними пристроями, споживати малу енергію, мати малі габарити і масу, бути дешевим. Спектральна характеристика фотодетектора повинна бути узгоджена з довжиною хвилі світлового випромінювача. Окрім цього характеристики фотодетектора повинні бути якнайменше залежні від змін навколишніх умов (температура, вібрація, удари тощо).
Указаним вимогам у даний час найповніше відповідають твердотілі напівпровідникові фотодіоди (ФД), р-i-n-фотодіоди і лавинні фотодіоди (ЛФД).
ФД властиві якісна спектральна і інтегральна чутливість, вони володіють високою квантовою ефективністю і малою інерційністю, параметри ФД стабільні в часі. Принцип роботи ФД заснований на фотовольтовому ефекті, який полягає в тому, що під час опромінювання неоднорідного напівпровідника світлом виникає фотострум (або фото-ЕДС). ФД сконструйовані на основі
Подобные документы
Класифікація систем спостереження за повітряною обстановкою. Принцип побудови багатопозиційних пасивних систем. Спостереження на основі передачі мовних повідомлень. Автоматичне спостереження ADS, на основі використання первинних радіолокаторів.
реферат [31,2 K], добавлен 30.01.2011Формування і передача по цифровій лінії зв’язку інформаційних сигналів. Використання радіолокаційних станцій. Середньоквадратична похибка стабілізації положення антенного блоку. Випромінювання магнітного та електричного поля. Параметри системи сканування.
курсовая работа [477,5 K], добавлен 12.06.2011Планово-організаційний аналіз змісту навчання робітничої спеціальності "Монтажник радіоелектронної апаратури та приладів". Психолого-педагогічний зміст роботи викладача професійно-технічного навчального закладу. Проведення педагогічного спостереження.
курсовая работа [598,2 K], добавлен 05.09.2011Керуюча напруга системи фазового автопідстроювання частоти, яка застосована в радіотехнічних пристроях. Принцип дії системи, її схема. Системи спостереження за часовим положенням імпульсного сигналу. Призначення систем автоматичного регулювання посилення.
контрольная работа [716,6 K], добавлен 27.11.2010Випрямлячі трифазного струму, споживачі середньої і великої потужності. Структура електричної схеми та опис системи керування і системи стабілізації. Напруга мережі та її заміри, змінювання за лінійним законом і автоматичним регулюванням коефіцієнта.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 27.03.2012Визначення перехідної функції об’єкта керування. Побудова кривої розгону об’єкта. Обчислення і побудова комплексно-частотної характеристики (КЧХ) об’єкта. Побудова КЧХ розімкнутої автоматичної системи регулювання. Запас сталості за модулем і фазою.
курсовая работа [158,4 K], добавлен 23.06.2010Алгоритми вибору устаткування охоронного телебачення. Розрахунок пропускної системи каналів зв'язку, необхідних для роботи системи спостереження. Принципи побудови мультисенсорних систем, огляд, функціональні можливості та характеристики мультиплексорів.
статья [81,1 K], добавлен 13.08.2010Конструкція та принцип роботи холодильної камери. Структурна схема автоматизованої системи керування, її проектування на основі мікроконтролера за допомогою сучасних програмно-інструментальних засобів розробки та налагодження мікропроцесорних систем.
курсовая работа [4,5 M], добавлен 08.07.2012Характеристика моніторингу, як системи спостереження і контролю навколишнього середовища. Аналіз автоматизованої системи контролю радіаційної обстановки та спектрометричного посту контролю. Особливості вимірювальних перетворювачів температури і вологості.
курсовая работа [210,9 K], добавлен 06.03.2010Огляд пристроїв вимірювання магнітної напруженості поля. Силова взаємодія вимірюваного магнітного поля з полем постійного магніту. Принципи побудови приладів для вимірювання магнітних величин. Розробка Е1та Е2 тесламетра. Явища електромагнітної індукції.
отчет по практике [1,3 M], добавлен 28.08.2014
