трусики женские украина

На головну

 Аналіз похибок волоконно-оптичного гіроскопа - Радіоелектроніка

Зміст.

Введення

1. Принципи волоконно-оптичної гіроскопії

1.1. Основні характеристики ВОГ

1.2. Принцип взаємності і реєстрація фази в ВОГ

1.3. Модель шумів і нестабільності в ВОГ

1.4. Вплив елементів ВОГ на точностниє характеристики системи

2.1. Характеристики джерел випромінювання

2.2. Шумові характеристики волоконно-оптичного контуру

2.3. Шумові характеристики фотодетекторов

2.4. Аналіз прямих динамічних ефектів (температурних градієнтів і механічних напружень

2.5. Вплив зовнішнього магнітного поля на точностниє характеристики ВОГ

2.6. Методи компенсації похибок

3.1. Компенсація паразитного модуляції в волоконно-оптичному гіроскопі

3.2. Компенсація надлишкового шуму в волоконно-оптичному гіроскопі з відгалужувачі типу 3x3

3.3. Компенсація зворотного релєєвського розсіювання

3.4. Компенсація впливу ефекту Керра на точність ВОГ

4. Розрахунок кошторисної калькуляції НДР

4.1. Вихідні положення

4.2. Визначення трудомісткості і календарних термінів роботи

4.3. Розрахунок витрат за статтями витрат і складання кошторисної калькуляції

4.4. Висновки за розрахунком

5. Безпека життєдіяльності та охорона праці

5.1. Організація робочих місць

5.2. Температура, вологість, тиск

5.3. Вимоги до освітлення

5.4. Вимоги до рівнів шуму та вібрації

5.5. Вимоги до захисту від статичної електрики і випромінювань.

5.6. Вимоги до відеотермінальних пристроїв

5.7. Електробезпека

5.8. Пожежна безпека

5.9. Передбачувані методи захисту

6. Екологія та охорона навколишнього середовища

Висновок

Введення

Волоконний оптичний гіроскоп (ВОГ) - оптико-електронний прилад, створення якого стало можливим лише з розвитком і вдосконаленням елементної бази квантової електроніки. Прилад вимірює кутову швидкість і кути повороту об'єкта, на якому він встановлений. Принцип дії ВОГ заснований на вихровому (обертальному) ефекті Саньяка.

Інтерес зарубіжних і вітчизняних фірм до оптичного гіроскопа базується на його потенційні можливості застосування як чутливого елемента обертання в інерційних системах навігації, управління і стабілізації. Цей прилад в ряді випадків може повністю замінити складні і дорогі електромеханічні (роторні) гіроскопи і тривісні гіростабілізованого платформи. За даними зарубіжній пресі в майбутньому в США близько 50% всіх гіроскопів, що використовуються в системах навігації, управління і стабілізації об'єктів різного призначення, передбачається замінити волоконними оптичними гіроскопами.

Можливість створення реального високочутливого ВОГ з'явилася лише з промисловою розробкою одномодового діелектричного світловоду з малим загасанням. Саме конструювання ВОГ на таких световодах визначає унікальні властивості приладу. До цих властивостей відносять:

n потенційно високу чутливість (точність) приладу, яка вже зараз на експериментальних макетах 0,1 град / год і менше;

n малі габарити і масу .конструкції, завдяки можливості створення ВОГ повністю на інтегральних оптичних схемах;

n невисоку вартість виробництва і конструювання при масовому виготовленні і відносну простоту технології;

n нікчемне споживання енергії, що має важливе значення при використанні ВОГ на борту;

n великий динамічний діапазон вимірюваних кутових швидкостей (зокрема, наприклад, одним приладом можна вимірювати швидкість повороту від 1 град / ч до 300 град / с);

n відсутність обертових механічних елементів (роторів) і підшипників, що підвищує надійність і здешевлює їх виробництво;

n практично миттєву готовність до роботи, оскільки не витрачається час на розкрутку ротора;

n нечутливість до великих лінійних прискорень і отже, працездатність в умовах високих механічних перевантажень;

n високу завадостійкість, низьку чутливість до потужних зовнішніх електромагнітних впливів завдяки діелектричної природі волокна;

n слабку схильність проникаючої гамма-нейтронної радіації, особливо в діапазоні 1,3 мкм.

Волоконний оптичний гіроскоп може бути застосований в якості жорстко закріпленого на корпусі носія чутливого елемента (датчика) обертання в інерційних системах управління і стабілізації. Механічні гіроскопи мають так звані гіромеханіческіе помилки, які особливо сильно проявляються при маневруванні носія (літака, ракети, космічного апарату). Ці помилки ще більш значні якщо інерціальна система управління конструюється з жорстко закріпленими або «підвішеними» датчиками безпосередньо до тіла носія. Перспектива використання дешевого оптичного датчика обертання, який здатний працювати без гіромеханіческіх помилок в інерціальній системі управління, є ще одна причина особливого інтересу до оптичного гіроскопа.

Поява ідеї і перших конструкцій волоконного оптичного гіроскопа тісно пов'язаний з розробкою кільцевого лазерного гіроскопа (КЛГ). У КЛГ чутливим контуром є кільцевої самозбуджується резонатор з активною газовим середовищем і відбивають дзеркалами, в той час як в ВОГ пасивний многовіткових діелектричний световодний контур збуджується «зовнішнім» джерелом світлового випромінювання. Ці особливості визначають принаймні п'ять переваг ВОГ в порівнянні з КЛГ:

1. У ВОГ відсутня синхронізація протилежно біжать типів коливань поблизу нульового значення кутової швидкості обертання, що дозволяє вимірювати дуже малі кутові швидкості, без необхідності конструювати складні в налаштуванні пристрою зсуву нульової точки;

2. Ефект Саньяка, на якому заснований принцип роботи приладу, проявляється на кілька порядків сильніше через малих втрат в оптичному волокні і великої довжини волокна.

3. Конструкція ВОГ цілком виконується у вигляді твердого тіла (в перспективі повністю на інтегральних оптичних схемах), що полегшує експлуатацію та підвищує надійність в порівнянні з КЛГ.

4. ВОГ вимірює швидкість обертання, в той час як КЛГ фіксує приріст швидкості.

5. Конфігурація ВОГ дозволяє «відчувати» реверс напрямку обертання.

Ці властивості ВОГ, що дозволяють створити прості високоточні конструкції повністю на дешевих твердих інтегральних оптичних схемах при масовому виробництві привертають пильну увагу розробників систем управління. На думку ряду зарубіжних фірм, завдяки унікальним технічним можливостям ВОГ будуть інтенсивно розвиватися.

Зарубіжні автори констатують, що розробка конструкції ВОГ і доведення його до серійних зразків не просте завдання. При розробці ВОГ вчені та інженери стикаються з низкою труднощів. Перша пов'язана з технологією виробництва елементів ВОГ. В даний час ще мало хорошого одномодового волокна, що зберігає напрямок поляризації; виробництво светоделітель, поляризаторів, фазових і частотних модуляторів, просторових фільтрів, інтегральних оптичних схем знаходиться на початковій стадії розвитку. Число розроблених спеціально для ВОГ випромінювачів і фотодетекторов обмежена.

Другу трудність пов'язують з тим, що при уявній простоті приладу і високої чутливості його до кутової швидкості обертання він в той же час надзвичайно чутливий до дуже малим зовнішнім і внутрішнім збурень і нестабільності, що призводить до паразитний дрейф, т. Е. До погіршення точності приладу . До згаданих збурень відносяться температурні градієнти, акустичні шуми і вібрації, флуктуації електричних і магнітних полів, оптичні нелінійні ефекти флуктуації інтенсивності і поляризації випромінювання, дробові шуми в фотодетектор, теплові шуми в електронних ланцюгах і ін.

Фірмами та розробниками ВОГ обидві ці завдання вирішуються. Удосконалюється технологія виробництва елементів у ВОГ, теоретично і експериментально досліджуються фізична природа збурень і нестабільності, створюються і випробовуються різні схемні варіанти ВОГ з компенсацією цих збурень, розробляються фундаментальні питання використання інтегральної оптики. Точність ВОГ вже зараз близька до необхідної в інерційних системах управління.

У спеціальній науковій та періодичній літературі проблемі ВОГ вже опубліковано безліч наукових статей. Аналіз цих статей свідчить про необхідність подальшого вивчення цієї проблеми та розробки нових способів поліпшення якісних характеристик ВОГ.

Систематизація та узагальнення вузлових питань теорії та практики створення ВОГ також є важливим етапом.

Завданням дипломної роботи є аналіз роботи ВОГ, узагальненої моделі шумів і нестабільності і оцінка граничної (потенційної) чутливості приладу. На основі властивості взаємності необхідно розглянути мінімальну конфігурацію ВОГ. Потім оцінити сучасний стан елементної бази. При цьому значна увага приділити властивостям волоконних світловодів і провести аналіз можливих неоднорідностей і втрат для різних типів волокон. Розглянути основні елементи ВОГ: волоконний контур, випромінювачі і фотодетектори, а також запропонувати способи компенсації шумів і нестабільності ВОГ (таких, як зворотне релєєвськоє розсіювання, оптичний нелінійний ефект, температурні градієнти, магнітне поле та ін.).

Основним завданням дипломної роботи є розгляд ключових аспектів теорії ВОГ на основі аналізу похибок його елементів та якісної оцінки точностних характеристик пристрою з урахуванням використання різних підходів до вирішення проблеми підвищення його чутливості.

Необхідно також розглянути різні схемотехнічні методи зниження рівня шумів і нестабільності ВОГ.

Окремо відобразити техніко-економічні аспекти роботи, питання безпеки життєдіяльності при проведенні досліджень, а також проблеми екологічної безпеки при використанні приладу.

1. Принципи волоконно-оптичної гіроскопії

1.1. Основні характеристики ВОГ

Оптичний гіроскоп відноситься до класу приладів, в яких в замкнутому оптичному контурі поширюються зустрічно біжать світлові промені. Принцип дії оптичного гіроскопа заснований на «вихровому» ефекті Саньяка, відкритим цим ученим в 1913 р [1]. Сутність вихрового ефекту полягає в наступному. Якщо в замкнутому оптичному контурі в протилежних напрямках поширюються два світлових променя, то при нерухомому контурі фазові набіги обох променів, що пройшли весь контур, будуть однаковими. При обертанні контуру навколо осі, нормальної до площини контуру, фазові набіги променів неоднакові, а різниця фаз променів пропорційна кутовий швидкості обертання контуру. Для пояснення вихрового ефекту Саньяка розроблені три теорії: кінематична, доплеровская і релятивістська. Найбільш проста з них - кінематична, найбільш сувора - релятивістська, заснована на загальній теорії відносності. Розглянемо вихровий ефект Саньяка в рамках кінематичної теорії.

Рис 1.1. Кінематична схема вихрового ефекту Саньяка.

На рис. 1.1 зображений плоский замкнутий оптичний контур довільної форми, в якому поширюються в протилежних напрямках дві світлові хвилі 1 і 2 (рис. 1.1). Площина контуру перпендикулярна осі обертання, що проходить через довільну точку О. Кутову швидкість обертання контуру позначимо W. Ділянка шляху світлового променя АВ приймемо нескінченно малим, його довжину позначимо Dl. Радіус-вектор довільної точки контуру А позначимо r. Відрізок дуги АВ 'позначимо. При обертанні контуру навколо точки О з кутовою швидкістю лінійна швидкість точки А дорівнює. Враховуючи, що трикутник AB'B малий:

, (1.1)

де a - кут між вектором лінійної швидкості точки Аі дотичній AM до контуру в точці А.

Проекція лінійної швидкості точок контуру на напрямок вектора швидкості світла в цих точках

. (1.2)

Якщо контур нерухомий, то час обходу ділянки контуру АВ = Dl двома протилежними променями однаково; позначимо його dt.

Тоді

dt = Dl / c =. (1.3)

При обертанні контуру з кутовий скоростьюкажущееся відстань між точками А і В для зустрічно біжать променів змінюється. Для хвилі, що біжить з точки А в точку В, тобто в напрямку, що збігається з напрямком обертання контуру, відстань подовжується, так як за час dt точка В переміститься на кут, перейшовши в точку С.

Це подовження шляху для світлового променя буде равноdt, оскільки в кожну мить промінь спрямований по дотичній до контуру, з цієї ж дотичній спрямована проекція лінійної швидкості. Таким чином, відрізок шляху, прохідний променем, дорівнює Dl + dt. Міркуючи аналогічно, для зустрічно біжить променя світла буде мати місце удаване скорочення відрізка шляху Dl -dt

Вважаючи швидкість світла інваріантної величиною, що здаються подовження і скорочення шляхів для зустрічних променів можна еквівалентно вважати подовженнями і скороченнями відрізків часу, тобто

(1.4)

Підставляючи вирази (1.2) - (1.3) дляі dt, отримуємо

(1.5)

З рис 1.1. слід

,

де Ds - площа сектора.

З точністю до нескінченно малих другого порядку площа АОВ можна замінити на Ds. Тоді

(1.6)

Повний час поширення зустрічних променів уздовж всього контура

, (1.7)

де підсумовування ведеться по числу елементарних секторів, на які розбитий весь контур.

Таким чином, повне час, що витрачається променем, що біжить за годинниковою стрілкою при обході всього обертового контуру, більше ніж повне час, що витрачається променем, що біжить проти годинникової стрілки.

Різниця часу відносно запізнювання зустрічних хвиль

, (1.8)

де S - площа всього контура.

Якщо відносне запізнювання зустрічних хвиль (1.8) виникає при обертанні, виразити через різницю фаз зустрічних хвиль, то вона складе

, (1.9)

де ,.

Різниця фазявляется фазою Саньяка. Як видно, фаза Саньяка пропорційна кутовий швидкості обертання контуру.

Кінематичну теорію вихрового ефекту Саньяка ще простіше пояснити, розглядаючи ідеальний кільцевої оптичний контур радіуса (рис 1.2.).

Рис 1.2. Ефект Саньяка в кільцевому оптичному контурі.

Промінь світла приходить в точку А і за допомогою зеркалірасщепляется на два промені, один з яких поширюється за

Повний текст реферату

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка