75373

ЭФФЕКТ САНЬЯКА

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Эффект Саньяка является следствием релятивистского закона сложения скоростей: линейной скорости вращения интерферометра и фазовых скоростей встречных волн. В случае использования встречных электромагнитных волн с длиной волны  различие времен распространения Т приводит к появлению разности фаз : . 2 Если все элементы интерферометра расположены на вращающейся платформе разность фаз встречных волн не зависит от показателя преломления и дисперсии среды в которой они распространяются....

Русский

2015-01-12

371 KB

6 чел.

ЭФФЕКТ САНЬЯКА (1913)

Принципиальная схема интерферометра Саньяка

L - источник света, S – экран, M1 – M3 – зеркала, BS – светоделительная пластина

Наблюдаемый эффект: если интерферометр вращать, интерференционные полосы сдвинутся. Смещение полос пропорционально угловой скорости вращения .

Причина: Вращение влияет на время распространения сигнала любого происхождения по замкнутому пути. Время распространения по направлению вращения больше, чем против направления вращения.

Разность времен распространения Т зависит от угловой скорости вращения:

                                                         (1)

S0 – площадь фигуры, ограниченной замкнутым контуром M1-M2-M3-BS-M1, - проекция угловой скорости вращения на перпендикуляр к плоскости интерферометра.

Эффект Саньяка является следствием релятивистского закона сложения скоростей: линейной скорости вращения интерферометра и фазовых скоростей встречных волн. Соотношение (1) справедливо, если r << c. Параллельный перенос оси вращения не влияет на разность времен Т (1).

В случае использования встречных электромагнитных волн с длиной волны различие времен распространения Т приводит к появлению разности фаз :

.                                                         (2)

Если все элементы интерферометра расположены на вращающейся платформе, разность фаз встречных волн не зависит от показателя преломления и дисперсии среды, в которой они распространяются.

Первые опыты поставлены Ж. Саньяком с интерферометром, имевшим сторону длиной 0,5 м; скорость вращения выбиралась в диапазоне 50 – 140 об/мин.

1925 г.: А. Майкельсон, Г. Гэль, Ф. Пирсон измерили с помощью эффекта Саньяка угловую скорость вращения Земли. Использован интерферометр со сторонами 630х340 м, свет распространялся в стальных трубах диаметром 30 см, откачанных до давления 12 мм рт.ст. Наблюдавшееся смещение: 0,2360,002 полосы.

ВОЛОКОННЫЕ ГИРОСКОПЫ (Fiber Optic Gyros)

Использование многовитковой катушки из оптического волокна позволяет увеличить эффект Саньяка пропорционально количеству витков N:

                                            (3)

R – радиус витка волокна.

Принципиальная схема волоконного варианта интерферометра Саньяка

ВОГ – волоконно-оптический гироскоп

фаза Саньяка – разность фаз встречных волн в оптическом гироскопе

Зависимость выходного сигнала ВОГ от разности фаз встречных волн

Метод несимметричной фазовой модуляции

а – прямое измерение фазы Саньяка, б,в – модуляционный метод измерения фазы Саньяка, г – двойная модуляция фазы на высокой и низкой частотах

Волна, распространяющаяся внутри волокна против часовой стрелки, проходит через модулятор 5 с задержкой во времени: .

Мощность волны на входе фотоприемника (вариант б-в):

                    (5)

Амплитуда первой гармоники частоты модуляции m в выходном сигнале пропорциональна sin

Вариант г) – двойная модуляция. Амплитуда низкочастотных колебаний фазы m2 выбирается так, чтобы в выходном сигнале амплитуда первой гармоники высокой частоты была равна нулю.

Взаимная фазовая модуляция приводит к модуляции интенсивности света, падающего на фотоприемник

i = γ[1 + cos(π / 2 + y )] = γ(1 sin y ) при 2nτ0 t (2n + 1)τ0 .

i = γ[1 + cos(π / 2 + y )] = γ(1 + sin y ) при(2n + 1)τ0 t 2(n + 1)τ0 .

Δi = γ2sin(y ) .

Модулятор создает линейно изменяющийся во времени набег фазы φ(t)

Высокоточные ВОГ

    

 

ПОРОГ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ВОГ

СРЕДНЕЙ ТОЧНОСТИ

0,05 – 15 о/час.

Источники паразитных сигналов и шумов в ВОГ

Поляризационная невзаимность встречных волн: при распространении в волокне появляется различие поляризаций встречных волн, набеги фазы волны в волокне зависят от ее поляризации.

Схема ВОГ, устраняющая поляризационную невзаимность встречных волн

1 – источник излучения, 2 – фотоприемник, 3 – катушка из витков волокна,

4 – оптические разветвители, 5 – фазовый модулятор, 6 – поляризатор

Обратное рассеяние приводит к «проникновению» в волну излучения из встречной волны, имеющего другую фазу появление паразитных колебаний выходного сигнала за счет интерференции с рассеянным излучением

В качестве источника света используется не лазер, а суперлюминесцентный светодиод, имеющий малую длину когерентности (10 – 20 мкм)

Основные источники шумов в выходном сигнале: 1) дробовой шум фотоприемника, 2) естественный шум источника излучения

Предел чувствительности ВОГ к вращению

вследствие шума фотоприемника


Наблюдаемые на экране
S интерференционные полосы

1 – источник излучения,

2 – фотоприемник,

3 – катушка из витков волокна,

4 – оптический разветвитель,

5 – фазовый модулятор

Мощность светового потока на входе фотоприемника:

,            (4)

Р0 – мощность светового потока в каждой из встречных волн.

Pin

Р0

Р0


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80251. МИРОВОЕ ХОЗЯЙСТВО И ЕГО ЭВОЛЮЦИЯ 73.5 KB
  Постсоциалистические страны переходят от плановораспределительной к рыночной экономике. В соответствии с этими критериями в мировой системе хозяйства выделяется промышленноразвитые и новые индустриальные страны; высокодоходные государства экспортирующие сырье и энергоносители; наименее развитые и бедные страны мира. Кроме того различают страны с развитой развивающейся рыночной экономикой и страны с нерыночной экономикой. Используя абсолютные преимущества в специализации производства страны обмениваются избыточной продукцией и...
80252. МИРОВАЯ ВАЛЮТНАЯ СИСТЕМА 71.5 KB
  Международные валютные отношения это совокупность экономических отношений между странами юридическими и частными лицами международными экономическими и финансовокредитными организациями по поводу образования и движения валюты. в этот период имели место стабильные золотые валюты и другие международные ликвидные ресурсы в большинстве развитых стран был четкий механизм определения взаимных валютных паритетов курсов международный валютный рынок согласованный порядок взаимных международных платежей на основе вексельного обращения оно...
80253. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ 73.5 KB
  Причины возникновения и сущность глобальных проблем Основные пути демилитаризации экономики Пути решения глобальных проблем Причины возникновения и сущность глобальных проблем Понятие глобальные проблемы происходит от франц. К таким проблемам относятся предотвращение мировой ядерной войны и обеспечение стабильного мира необходимость эффективной и комплексной охраны окружающей среды ликвидация отсталости развивающихся стран преодоление болезней рациональное использование глубин Мирового...
80254. ОБЩЕСТВЕННОЕ ВОСПРОИЗВОДСТВО. ОСНОВНЫЕ МАКРОЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ 85 KB
  Источником расширенного воспроизводства является часть созданного чистого продукта. Закон накопления указывает на причинно следственные связи между процессами накопления и потребления а именно: часть чистого продукта в составе годового продукта используется для расширения производства т. Последний разработал теорию накопления экономического роста экономических кризисов совокупного общественного продукта и его реализации экономической пропорциональности. Марксом проблемы совокупного общественного продукта его структуры и измерения.
80255. ПОТРЕБЛЕНИЕ, ИНВЕСТИЦИИ (НАКОПЛЕНИЕ) И СБЕРЕЖЕНИЯ В МАКРОЭКОНОМИКЕ 64.5 KB
  Инвестиции норма накопления и ее факторы. Рост потребления осуществляется на основе накопления инвестиций. Соотношение потребления и накопления выражает проблему структуры и динамики чистого продукта или его денежного выражения национального дохода. Национальный доход используемый определяется как сумма фондов потребления и накопления.
80256. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РОСТ И МАКРОЭКОНОМИЧЕСКАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ 152 KB
  Проблема экономического роста занимает центральное место в экономических дискуссиях где речь идет об основах социальноэкономической жизни народов. Обеспечение стабильного роста без кризисов при условии полной занятости актуальная задача экономической науки экономической политики и хозяйственной практики. Количество экономического роста выражается в его темпах. Темпы экономического роста прирост за определенный промежуток времени произведенной в народном хозяйстве продукции по отношению к ее базисному уровню.
80257. Экономическая теория: предмет, метод, функции. Экономическая политика 68.5 KB
  Обмениваясь результатами своего труда субъекты хозяйственной деятельности индивиды и коллективы вступают в определённые экономические отношения которые являются объектом изучения экономических наук и в частности экономической теории. Методологической основой всех экономических наук является экономическая теория как система научных взглядов на хозяйственную деятельность людей. Она изучает причинно-следственные связи с закономерностями развития экономических процессов экономические отношения возникающие между субъектами в процессе их...
80258. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОТНОШЕНИЯ СОБСТВЕННОСТИ 69.5 KB
  Проблема собственности - центральная проблема экономической теории и хозяйственной практики. Экономический строй общества определяется соответствующими производственными отношениями, базирующимися на определенной форме собственности.
80259. Формы организации общественного производства. Деньги 89 KB
  Деньги: сущность функции. Современные деньги. Обмен осуществляется через рынок деньги путём купли продажи и только после этого продукция попадает в производительное или личное потребление.