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

78891. Основания науки 32 KB
  Основания науки Наука выступая как целостная развивающаяся система имеет собственные основания обладает идеалами и нормами исследования. Эти характеристики пронизывают науку и как специфическую форму деятельности и как совокупность дисциплинарных знаний и как социальный институт К основаниям науки относят фундаментальные принципы понятийный аппарат идеалы нормы и стандарты научного исследования. Принято считать что зрелая состоявшаяся наука возможна лишь тогда когда можно установить лежащую в ее основаниях научную картину мира...
78894. Историческая изменчивость механизмов порождения научного знания 32.5 KB
  Изменчивость механизмов порождения научного знания. Важнейшей характеристикой знания является его динамика т. Развитие знания сложный диалектический процесс имеющий определенные качественно различные этапы. от незнания к знанию от неглубокого неполного к более глубокому и совершенному знанию и т.
78895. Формирование первичных теоретических моделей и законов 33 KB
  Законы науки направленные на отражение природной закономерности формулируются с использованием искусственных языков своей дисциплинарной области. Законы выработанные человеческим сообществом как нормы человеческого сосуществования значительно отличаются от законов естественных наук и имеют как правило конвенциальный характер. Выделяют вероятностные статистические законы основанные на вероятностных гипотезах относительно взаимодействия большого числа элементов и динамические законы т. законы в форме универсальных условий.
78896. Становление развитой научной теории 28 KB
  Становление развитой научной теории. Роль теории в научном познании огромна. В процессе построения научной теории задействованы сеть базовых понятий совокупность методов методологические нормы и принципы данные экспериментов обобщения фактов и заключения теоретиков и экспертов. Построение научной теории это процесс координируемый научными целями и задачами.
78897. Взаимодействие традиций и возникновение нового знания 27.5 KB
  Кун впервые рассмотрел традиции как основной конституирующий фактор развития науки. Он обосновал казалось бы противоречивый феномен: традиции являются условием возможности научного развития. традиции. Из истории науки известно что происходит смена традиции возникновение новых парадигм т.
78898. Научные революции как точки бифуркации в развитии знания 25.5 KB
  Главным условием появления идеи научных революций явилось признание историчности разума а следовательно историчности научного знания и соответствующего ему типа рациональности. представление о внеисторичности разума было поставлено под сомнение. Это в первую очередь означает историчность разума с помощью которого осуществляется процесс познания. Принцип историзма разума получил дальнейшее развитие в марксизме неогегельянстве неокантианстве философии жизни.