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

6996. Цифровое вещание. Стандарты цифровых систем кабельного телевидения 314.5 KB
  Цифровое вещание. Стандарты цифровых систем кабельного телевидения. Введение Кабельное телевидение (англ. Community Antenna Television, CATV - букв. телевидение с общей антенной) - модель телевизионного вещания (а также иногда и FM-радиове...
6997. Процессор AMD. История развития 538.2 KB
  Процессор AMD. История развития Об AMD AMD - мировой поставщик интегральных микросхем для рынка персональных и сетевых компьютеров и коммуникаций, чьи производственные мощности расположены в Соединенных Штатах, Европе, Японии и Азии. AMD производит...
6998. Основи теорії корозії металів та засоби боротьби з нею 423.87 KB
  Корозія металів Корозія металів завдає великої економічної шкоди. Внаслідок корозії виходять з ладу обладнання, машини, механізми, руйнуються металеві конструкції. Особливо сильно піддається корозії обладнання, що контактує з агресивним середовищем,...
6999. Обробка металів тиском 1 MB
  Обробка металів тиском. Мета роботи: ознайомитися з основними способами обробки металів тиском. Теоретичні відомості. Обробка тиском заснована на пластичних властивостях металів, тобто на їх здатності під дією навантаження остаточно змінювати форму ...
7000. Требования к ведению бухгалтерского учета 70.5 KB
  Введение Действующим законодательством Российской Федерации установлены основные требования к ведению бухгалтерского учета хозяйствующими субъектами, независимо от форм собственности (государственная, корпоративная, частная) и их организационно-прав...
7001. Философия. Предмет философии и ее функции в обществе 93.72 KB
  Предмет философии и ее функции в обществе. Философия - общая теория мира и человека в нем. Философия зародилась около 2500 лет назад в странах востока: Индии, Греции, Рима. Наиболее развитые формы она приобрела в Др. Греции. Философия - любовь...
7002. Эффективность управления 298 KB
  Эффективность управления Настоящая тема раскроет осваивающим менеджмент и интересующимся проблемами управления следующие вопросы: сущность эффективности управления ресурсы и потенциал управления результат управления фактор...
7003. Типология управления и выбор альтернатив 223.5 KB
  Типология управления и выбор альтернатив Настоящая тема даст ответы на следующие вопросы и поможет осваивающим менеджмент изучить типологию управления: роль типологии управления в освоении менеджмента типологический анализ менеджмента ...
7004. Стратегия в менеджменте 269 KB
  Стратегия в менеджменте В этой теме осваивающие менеджмент и интересующиеся проблемами развития фирмы могут получить ответы на следующие вопросы: понятие стратегии понятие тактики основные признаки стратегического менеджмента...