18149

Волоконный гироскоп. ВОД ионизирующих излучений

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция 16. Волоконный гироскоп. ВОД ионизирующих излучений. ВОД с волоконными жгутами передающими излучение Волоконный гироскоп Волоконный гироскоп основан на эффекте Саньяка. Он обладает рядом достоинств по сравнению с обычным гироскопом а именно: просто

Русский

2013-07-06

246.61 KB

8 чел.

Лекция 16.

Волоконный гироскоп. ВОД ионизирующих излучений.

ВОД с волоконными жгутами, передающими излучение

Волоконный  гироскоп

Волоконный гироскоп основан на эффекте Саньяка. Он обладает рядом достоинств по сравнению с обычным гироскопом, а именно:

  1.  простота конструкции;
  2.  короткое время запуска;
  3.  высокая чувствительность и линейность;
  4.  низкая потребляемая мощность;
  5.  отсутствие подвижных деталей.

Схема волоконного гироскопа базируется на применении кольцевого интерферометра и показана на рисунке 16.1.

Рис.16.1. Схема кольцевого гироскопа

Время распространения луча в интерферометре определяются соотношениями:

  1.  распространение по часовой стрелке:

   (16.1)

  1.  распространение против часовой стрелки:

    (16.2)

где:

– радиус кольца интерферометра;

– измеряемая угловая скорость;

с – скорость распространения электромагнитных колебаний.

Разность времени распространения света с учетом с >>, определяется следующим соотношением:

                      (16.3)

где:

 – площадь витка световода;

– количество витков световода.

С учетом этого разность длины оптических путей будет определяться следующим соотношением:

     (16.4)

Возникает также разность фаз при распространении излучения, которая описывается следующим соотношением:

     (16.5)

где:

волновое число.

Лазерный волоконный гироскоп позволяет определять значения угловой скорости равной  0,001 град/час.

ВОД с волоконными жгутами, передающие излучение

Совокупность волокон образуют жгут. Различают жгуты с регулярной и нерегулярной укладками. Первые применяются для передачи изображения, а вторые являются осветителями.

Основные характеристики жгутов следующие:

  1.  светопропускание;
  2.  разрешающая способность;
  3.  числовая апертура;
  4.  модуляционно-передаточная функция;
  5.  межэлементная неравномерность (микроструктурный шум), которая возникает в результате мозаичности структуры волокна;
  6.  дефектность, которая выражается в локальной частичной потере светопропускания.

Отдельные световоды могут быть уложены так, что линии, соединяющие их центры, образуют квадрат (квадратная укладка), или так, что центры световедущих жил лежат в вершинах равносторонних треугольников (гексагональная укладка). В первом случае площадь нерабочего расстояния между волокнами составляет 21,5%, а во втором –  9%.

Разрешающая способность пучка волокон равна:

     (16.6)

где:

– период укладки волокон, равный минимальному расстоянию между их центрами.

Если обозначить, что

       (16.7)

где:

Dc – диаметр сердцевины;

толщина оболочки;

то  разрешающая способность жгута будет равна:

  1.  для квадратической укладки

     (16.8)

  1.  для гексагональной укладки

    (16.9)

Разрешающая способность при гексагональной укладке в 1,15 раз больше, чем при квадратной.

Объем информации, передаваемый неподвижным пучком волокон N, определяется числом световодов на площади поперечного сечения жгута S:

  1.  при квадратной укладке

   (16.10)

  1.  при гексагональной укладке

   (16.11)

То есть во втором случае объем информации в 1,32 раза больше.

Повышение разрешающей способности жгута может быть достигнуто при возвратно-поступательном или циркуляционном смещении пучка волокон. При этом происходит сглаживание мозаичности изображения и дефектов структуры волоконной детали. Для достижения эффекта сглаживания достаточно перемещения жгута на 4-5 диаметров жилы. При этом разрешающая способность жгута  может быть повышена в 2,44 раза.

Часто используют несколько последовательно соединенных жгутов, при этом разрешающая способность падает незначительно.  

Для уменьшения мозаичности структуры изображения может быть применено следующее:

  1.  окуляр малого увеличения, неразрешающий мозаичную структуру;
  2.  расфокусировка проекционного объектива. При этом расфокусировка должна быть такой, чтобы размер кружка рассеяния в 2-3 раза превышал ширину прослойки между жилами;
  3.  спектральное разложение каждого элемента объекта на входе в жгут и свертывание спектра на выходе;
  4.  для полного снятия мозаичности применяют голографический метод.

ВОД ионизирующих излучений  

ВОД ионизирующих излучений условно можно разделить на 3 основные группы:

  1.  

волоконный световод

Источник света

Фотоприемник

Ф

датчики суммарной дозы излучения, использующие эффект наведенного поглощения в волоконном световоде (рис. 16.2);

Рис. 16.2. Структурная схема датчики суммарной дозы излучения

  1.  датчики, использующие эффект наведенного поглощения в сочетании с рефлектометрией (рис 16.3). 

Измерение  суммарной дозы ионизирующего излучения основано на эффекте наведенного поглощения – увеличении оптических потерь в волоконном световоде при облучении. Достоинством таких ВОД является широкий диапазон регистрируемых энергий. Длина волоконного световода составляет сотни метров. Нестабильности источника и приемника излучения компенсируются путем применения дифференциальной схемы ВОД. Пространственное разрешение вдоль волокна обеспечивается рефлектометрией

Фотоприемник

Блок управления

Фотоприемник

Источник света

Ф

4

2

1

3

– измерение параметров обратно рассеянного света.

Рис. 16.3. Структурная схема датчиков, использующих

эффект наведенного поглощения в сочетании с рефлектометрией:

1 – направленный ответвитель; 2 – подводящие световоды;

3 – регистрирующий фотоприемник; 4 – фотоприемник опорного сигнала.

  1.  сцинтилляционный детектор.

Данный детектор предназначен для регистрации сцинтилляций ядерного излучения. В его состав входит синтетический алмаз 1 (в данном случае применен алмаз с концентрацией примеси азота менее 150 частей на миллион; концентрация примесей никеля, меди, марганца, алюминия или их  смесей (или солей) не может превышать 1000 частей на миллион; концентрация примесей железа и кобальта может быть менее 10 частей на миллион); детектор также содержит фотоэлектрический умножитель 3 и волоконный жгут  2, передающий световую вспышку в алмазе 1 к ФЭУ 3. В волоконный жгут 2 должны входить несколько оптоволоконных световодов для передачи наибольшего числа вспышек, возникших в алмазе, в ФЭУ. Необходимо отметить, что в качестве элемента 1 может использоваться также блок склеенных кристаллов алмаза или нанесенный на него слой поглощающего вещества (в качестве которого может быть применен полиэтилен). Это позволяет реализовать некоторую избирательность в регистрации тех или иных радиационных частиц.  

2

1

3

 Рис. 16.4. Структурная схема сцинтилляционного детектора


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5048. Исследование структуры и устройства триггеров 116.5 KB
  Исследование структуры и устройства триггеров. Исследование асинхронного RS- триггера. Исследование двухступенчатого RS – триггера...
5049. Исследование статических характеристик и параметров полевых транзисторов 92 KB
  Исследование статических характеристик и параметров полевых транзисторов Цель работы Изучить принцип действия, характеристики и параметры полевых транзисторов (ПТ). Отчет о работе Снять передаточную характеристику IC=F(U3И) (график...
5050. Виготовлення разової ливарної форми за рознімною моделлю 117.5 KB
  Виготовлення разової ливарної форми за рознімною моделлю. Мета роботи: ознайомитися з процесом виготовлення вручну разової ливарної форми зі стержнем для нескладного виливка у двох опоках за рознімною моделлю. Обладнання, прилади, матеріали. Модельн...
5051. Исследование работы регистров и счетчиков 95 KB
  Исследование работы регистров и счетчиков. Регистры – устройства, предназначенные для хранения и преобразования двоичной информации. Они представляют собой набор определенным образом связанных триггеров...
5052. Исследования комбинационных логических схем 100 KB
  Исследования комбинационных логических схем. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомление с логикой работы, изучение принципа действия, исследование и определение основных характеристик и параметров базового логического элемента ТТЛ, изучение структуры и работы основн...
5053. Переходные процессы в цепях с одним реактивным элементом 740 KB
  Переходные процессы в цепях с одним реактивным элементом Цель работы Изучение и компьютерное моделирование переходных процессов, возникающих при коммутациях в цепях первого порядка, содержащих сопротивление и емкость либо сопротивление и индуктив...
5054. Расчет привода механизма подъема-спуска нормального мостового крана 436.5 KB
  Техническое совершенство производственного механизма и осуществляемого им технологического процесса в значительной мере определяется совершенством соответствующего электропривода и степенью его автоматизации. Автоматизированный представляет...
5055. Маркетинг как вид экономической деятельности 212.5 KB
  Французский экономист Д. Сэй еще в эпоху промышленной революции так сформулировал основное правило в управлении производством: Нужно снижать издержки производства, с тем чтобы увеличить прибыль. Совет этот действительно является мудрым в ...
5056. Особенности действия инфляции в различных рыночных системах. Инфляция и безработица. Инфляция и социальные конфликты 147 KB
  В современном мире все большее внимание начинает уделяется экономике, причём глобальной, макроэкономике. Это связано прежде всего с интернациональным развитием не только экономических, но и культурных, политических и общественных связ...