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

5 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

68998. Організація множин, операції над множинами 34.5 KB
  Множина - це невпорядкований набір різних об’єктів однакового типу. У мові Паскаль використовують тільки скінченні множини, причому всі елементи множини повинні бути однакового типу, визначеного в Паскалі. Тип елементів множини називається базовим.
68999. Процедури та функції 53.5 KB
  У математиці за допомогою функцій задають залежності одних величин від інших які називають аргументами. В алгоритмічних мовах розглядають лише функції для яких можна задати алгоритм визначення їхніх значень. Мова Паскаль допускає тільки такі функції значення яких належать до простих типів.
69000. ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ В РЕЖИМІ ПЕРЕМИКАННЯ 89 KB
  Режим перемикання транзисторного ключа (рис.14.1) залежить від значень напруг на вході UЗВ, живлення ЕС і опору RН, які забезпечують два статичних стану транзистора: вмикнуто (режим насичення) і вимкнуто (режим відсічки). Розглянемо фізичні процеси в транзисторі в стані вимкнуто.
69001. ІНДИКАТОРНІ ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВІ ПРИЛАДИ 93 KB
  Конструкція та принцип роботи В електронно-променевій трубці ЕПТ електричний сигнал перетворює ться в світловий. Конструкція ЕПТ Під час попадання електричного променю на люмінофор з останнього вибиваються вторинні електрони. ЕПТ поділяються на три групи: осцилографічні індикаторні кінескопи.
69002. Шуми електронних приладів. Фізична природа шумів 186.5 KB
  Шуми або флюктуації є випадковими процесами. Виникають з подачею напруги живлення на електроди елементу. Їх можна прослуховувати через динамік на вході радіоприймача і підсилювача або побачити на екрані осцилог-рафа. Шуми накладаються на корисні сигнали та рівні постійних напруг і струмів живлення...
69003. P-n перехід у стані рівноваги. Утворення електронно-діркового переходу 342.5 KB
  Розглянемо напівпровідник н п який має дві прилеглих області: одна з провідністю nтипу друга pтипу. Оскільки концентрація дірок у дірковій області pp напівпровідника вище ніж в електронній pn а концентрація електронів у електронній області nn вище ніж у дірковій np між областями буде існувати...
69004. ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ В р-n ПЕРЕХОДІ ПРИ ДІЇ ЗОВНІШНЬОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ НАПРУГИ 105.5 KB
  Оскільки концентрація рухомих носіїв заряду в рп переході менша ніж в областях п та р напівпровідника опір рп переходу буде більший ніж опір області п та р тому можна вважати що вся напруга прикладається до рп переходу При дії зовнішньої напруги порушується рівновага між дифузійним і дрейфовим струмами в рп переході...
69005. Фізичні процеси в біполярних транзисторах з декількома p-n переходами 308 KB
  Для забезпечення інжекції вприскування дірок з емітера в базу необхідна пряма емітерна напруга. Це відбувається тому що товщина бази W значно менше дифузійної довжини вільного пробігу дірок LP. Колекторна напруга вибирається зворотною UК тому виникає екстракція втягування дірок із бази...
69006. БУДОВА, ПРИНЦИП РОБОТИ ТА СТАТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЬОВОГО ТРАНЗИСТОРА З ІНДУКОВАНИМ КАНАЛОМ 141.5 KB
  При відсутності напруги UЗВ і за наявності напруги UСВ опір між стоком і витоком що визначається двома підключеними назустріч рn переходами великий а струм ІС дуже малий 109. З подачею напруги UЗВ 0 в напівпровіднику виникає електричне поле яке вилучає електрони поверхневого шару підложки...