Использование сдвига частоты

Впервые было предложено использовать механизмы функционирования закрытой рабочей петли генерацией сдвига частот с акусто-оптической модуляцией (AOM) в так называемых Брэгговских решетках [1,2]. Фактически эффект Саньяка может быть истолкован как эффект Доплера на катушке с разделением лучей (см. раздел 2.1.1). Таким образом, частота сдвигов позиций, помещенных в начале катушки, может обнуляться доплеровским сдвигом эффекта Саньяка. Абсолютная фаза , накопленная в распространении, является

(8.2)

где f – временнáя частота волны. Затем обратная связь сдвигает частоту , создавая обратной связью разность фаз :

(8.3)

Теперь новое измерение линейно зависит скорости вращения Ω:

(8.4)

Чтобы получить высокую чувствительность, сигнал ошибки получается с дополнительным фазовым модулятором и использованием схемы модуляции-демодуляции, схемы открытой петли [3].

Однако, чтобы охватить весь динамический диапазон этой обратной связи, сдвиг частоты должна меняться около нуля между плюсом и минусом в пределах несколько сотен килогерц. Поскольку акусто-оптические модуляторы работают только на высоких центральных частотах (как правило, 50-100 МГц) с относительной пропускной способностью в несколько процентов, это требует использования двух ячеек для получения обратной связи с разницей в сдвиге частот . Они могут быть помещены противоположно на одном конце катушки, первая ячейка генерирует смещение вверх, а вторая – смещение вниз (Рисунок 8.2(a)), или же они могут быть размещены на обоих концах катушки с постоянной центральной частоте f_c, создавая постоянный сдвиг длины волны с такими же знаками смещения (Рисунок 8.2(b)). Один эксплуатируется на , и другой эксплуатируется на контролируемой частоте f_c + , создавая сдвиг длины волны + . Когда гироскопа в покое, обратная связь сдвига частоты в идеале стремится к нулю, но внутренние одномодовые обратимости это стремление нарушают [4]. Учитываем сначала симметричный случай (рис 8.2(b)), источник испускает волны длиной λ, но это фактическая длина противонаправленных волн:

• λ между разделителем и модуляторами на входе;

• λ + между обеими модуляторами;

• λ + между модуляторами и разделителем на выходе.

Обе противонаправленные волны сохраняют ту же длину λ + между обоими модуляторами, но они имеют разность между разделителем и модуляторами. Это различие в длине между противоположными волнами дает несогласованную разность фаз когда они распространяют между разделителем и первым модулятором, и другую несогласованную разность фаз с противоположным знаком между разделителем и вторым модулятором. Когда расстояние между разделителем и каждым модулятором точно равны, общая несогласованная разность фаз + обнуляется, но небольшой дисбаланс в точности симметрии двух модуляторов выдает остаточную фазовую ошибку:

(8.5)

Для типичной центральной частоты f_c около 100 МГц эта несогласованная фазовая ошибка достигает более, чем 2 мкрад/мкм.

Когда два модуляторами помещаются в оппозиции на одном конце катушки (Рисунок 8.2(a)), аналогичный результат получается, когда теперь представляет собой расстояние между обоими модуляторами. Есть такая же проблема стабильности, но также имеется константа смещения, связанная с усреднением значения .

Было предложено несколько решений для повышения механической стабильности этой сборки, включая двойные Брэгговские решетки, в которых смещения обоих частот объединены в той же компоненте [5] и в реализации интегральной оптики [6], но этот подход замкнутой петли с акустико-оптическим смещением частиоты сложен технологически и потребляет сравнительно высокую мощность. Кроме того, даже с улучшением стабильности эти подходы не соблюдают согласованность. Обратите внимание, что эта чувствительность к дисбалансу модуляторов была предложена как метод обнаружения любых эффектов, которые затрагивают этот дисбаланс [7].