nabbla (nabbla1) wrote,
nabbla
nabbla1

Category:

И все-таки она вертится!

Сегодня на кандидатском экзамене по философии науки отвечал на вопрос "Время и пространство. Субстанциальные и реляционные концепции времени и пространства. Философские проблемы теории относительности". Рассказывал про "ведро Ньютона", мысленный эксперимент, сводящийся к вопросу, можно ли говорить о вращении тела в пустом пространстве, где нет никаких ориентиров, по которым можно было бы судить об этом вращении.

И мне все хотелось рассказать о небольшом эксперименте, который я провел в январе, потратив почти неделю, в подвале на работе. Его целью было измерение характеристик четырех волоконно-оптических гироскопов, которые поставят на систему лазерной связи. Но попутно удалось измерить скорость вращения Земли и определить широту местности :) С малой точностью (6% - скорость вращения, 0.5% - широту), но это был первый раз, когда я почти воочию увидел вращение Земли, увидел, что именно Земля вращается, а не весь мир вокруг нее!

На экзамене я о нем так и не рассказал - как-то до этого не дошло, а преподавателям хотелось поскорее от нас избавиться и пойти домой. Но могу в отместку рассказать вам :)


Правильнее было бы назвать этот девайс не гироскопом, а датчиком угловой скорости (ДУС), ведь "гиро" означает вращение, а здесь движущихся механических частей попросту нет!

По рисунку не всегда понятно, какой размер у изображенной вещи. Данное устройство помещается в ладонь, весит 100г и потребляет около 100мА при напряжении питания +5В. Хоть в USB втыкай! Да и вся связь с внешним миром обеспечивается с помощью цифрового интерфейса RS232, скорость передачи 115 кБод.

Это все потребительские характеристики. Гораздо интереснее, как оно работает. Внутри намотано 100м оптоволокна, эдакая катушка. С двух концов на него подают свет от лазерного диода, а после прохождения пучки складывают, чтобы получить интерференцию. Пока прибор неподвижен относительно инерциальной системы отсчета ("относительно звезд"), длительность распространения света по и против часовой стрелки совпадают. Если прибор начать вращать, проявится эффект Саньяка: время распространения будет отличаться для разных направлений, а значит, и пришедшие сигналы будут иметь разную фазу, по-разному сложатся. По амплитуде сигнала после интерференции можно судить о текущей угловой скорости.

Перспективная штука: компактная, потребляет мало, движущихся частей нет, изнашиваться нечему. В отличие от обычных гироскопов, у волоконно-оптического нет никаких упоров, на которые он мог бы "встать". Максимальная измеряемая скорость - 120 градусов в секунду. Но увы, точность оставляет желать лучшего...


Для нас главная проблема - смещение нуля. Точнее, основательное смещение нуля. На десяток-другой градусов в час. Причем это смещение зависит от температуры и просто от времени, и зависит по не вполне понятному закону. Пожалуй, это и было главной целью эксперимента - измерить смещение нуля для каждого гироскопа. Делалось это очень просто - сначала гироскоп ставился горизонтально одной стороной, потом переворачивался вверх тормашками и снова снимались показания.Ясно, что реальная угловая скорость войдет в первый и второй опыт с разными знаками, а вот смещение - с одинаковым. Вычитая показания и поделив на 2, его мы и получим. А складывая показания, сможем измерить скорость вращения Земли в проекции на вертикальную ось. Если повторить ту же процедуру, но по оси север-юг, найдем вторую компоненту. Сравнивая их, можно получить широту местности. А взяв полную длину вектора - скорость вращения Земли.

Для широты местности получилась неплохая точность - 0.5%. Для самой же скорости вращения - гораздо больше, около 6%, причем ошибка была систематическая. Все 4 гироскопа давали завышенную примерно на 6% скорость! Виновата в этом погрешность масштабного коэффициента и его нелинейность.

Не скажу, что эксперимент был проведен очень чисто. Да, статистика собрана приличная - по всем 4 гироскопам набралось 300 Мб данных. Но почему-то почти в одном проценте от всех записей не сходилась контрольная сумма - то ли сам гироскоп тупит  с выходными данными, то ли компьютер притормаживает, то ли в проводе возникают какие наводки. Надо было бы проверить, попробовать и так, и эдак, да времени не было...

Не было никакого оборудования, чтобы провести испытания на нескольких температурах, посмотреть, как именно изменяются все характеристики. И уж тем более, чтобы повертеть приборы на разных угловых скоростях. Но для первого раза вышло совсем неплохо.

Наверное, это был самый дорогой способ измерить скорость Земли с точностью 6% - стоимость каждого такого гироскопа 30 000 рублей :)
Subscribe

  • Нахождение двух самых отдалённых точек

    Пока компьютер долго и упорно мучал симуляцию, я пытался написать на ассемблере алгоритм захвата на ближней дистанции. А сейчас на этом коде можно…

  • Слишком общительный счётчик

    Вчера я чуть поторопился отсинтезировать проект,параметры не поменял: RomWidth = 8 вместо 7, RamWidth = 9 вместо 8, и ещё EnableByteAccess=1, чтобы…

  • Балансируем конвейер QuatCore

    В пятницу у нас всё замечательно сработало на симуляции, первые 16 миллисекунд полёт нормальный. А вот прошить весь проект на ПЛИС и попробовать "в…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 4 comments