На рис. 24.3 приведены общие схемы систем, разработанных для решения этой проблемы. Кольцевой лазерный гироскоп (рис. 24.3, а) отличается высокой частотой световой волны - до нескольких сотен терагерц. Волоконно-оптический гироскоп на рис. 24.3, б имеет высокую чувствительность, благодаря использованию длинного одномодового оптического волокна с низкими потерями. В оптическом гироскопе пассивного типа с кольцевым резонатором (рис. 24.3, в) используется острая резонансная характеристика резонатора.
Кольцевой лазерный гироскоп.
Кольцевой лазерный гироскоп изготовляется подобно газовому лазеру: в
Кварцевом блоке путем расплавления создается полость (канал) в форме
Треугольника и заполняется смесью гелия и неона.
Таким образом, кольцевой лазерный гироскоп достиг уже стадии практического
применения, но, тем не менее, остается ряд нерешенных проблем:
Нелинейность выходного сигнала при малой угловой скорости (влияние
Синхронизма).
Дрейф выходного сигнала из-за газовых потоков в лазере.
Изменение длины оптического пути под воздействием теплового расширения,
Давления и механических деформаций.
Эталоны времени. Эфемеридная и атомная секунда.
Эфемери́дное вре́мя, ET — равномерная шкала времени, основанная на определении секунды, введенном в 1952 году на 8 съезде Международного Астрономического Союза, которое не зависит от изменяющейся скорости вращения Земли. В 1956 году Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM) это определение было рекомендовано к использованию, а в 1960 году эфемеридная секунда была принята за базовую единицу времени в Международной Системе единиц СИ[1]. В 1967 году в СИ было введено другое определение секунды, основанное на атомных часах[2]. В 1984 году шкала эфемеридного времени ET в астрономии была заменена на шкалу TDT динамического земного времени, которую в 2001 году сменила шкала TT земного времени. Эфемеридное время было в принципе определено через орбитальное движение Земли вокруг Солнца[9], но его практическая реализация обычно получалась иным образом.
Период вращения Земли вокруг оси есть промежуток времени, за который Земля делает один полный оборот относительно какого-нибудь неизменного направления
В результате многочисленных исследований было установлено, что угловая скорость вращения Земли непостоянна, т. е. вращение Земли неравномерно. Изменения скорости вращения Земли делятся на три типа: вековые, нерегулярные (скачкообразные) и периодические, или сезонные.
Эти изменения скорости вращения Земли были обнаружены в 40-х годах нашего века экспериментально с помощью кварцевых часов. Неравномерность вращения Земли векового и нерегулярного характера проявляется в расхождениях наблюдаемых положений Луны и близких к Земле планет (Меркурий, Венера) с вычисленными (эфемеридными) положениями этих тел. Еще в середине XIX в. в наблюдаемом движении Луны были обнаружены отклонения от вычисленного движения, не объяснимые теорией тяготения. Уже тогда было высказано предположение, что эти отклонения кажущиеся и могут быть вызваны неравномерным вращением Земли вокруг оси. Действительно, когда вращение Земли замедляется, нам кажется, что Луна движется по своей орбите быстрее, а когда оно ускоряется, движение Лупы кажется замедленным. Это объяснение подтвердилось, когда в XX в. были обнаружены отклонения в движениях Меркурия и Венеры, аналогичные отклонениям в движении Луны, одновременные с ними и пропорциональные средним движениям этих планет. Вследствие неравномерного вращения Земли средние сутки, оказываются величиной непостоянной. Поэтому в астрономии пользуются двумя системами счета времени: неравномерным временем, которое получается из наблюдений и определяется действительным вращением Земли, и равномерным временем, которое является аргументом при вычислении эфемерид планет и определяется по движению Луны и планет. Равномерное время называется ньютоновским или эфемеридным временем. Начиная с 1960 г., в астрономических ежегодниках эфемериды Солнца, Луны, планет и их спутников даются в системе эфемеридного времени
В связи с использованием системы эфемеридного времени в астрономии и физике введено новое определение производной единицы времени — секунды
Использование атомной секунды в качестве эталонной единицы времени было принято 12-й Международной конференцией по мерам и весам в Париже в 1964. Она определяется на основе цезиевого эталона. С помощью электронных устройств осуществляется подсчет колебаний цезиевого генератора, и время, за которое происходит 9 192 631 770 колебаний, принимается за эталон секунды.
Гравитационное (или эфемеридное) время и атомное время. Эфемеридное время устанавливается по данным астрономических наблюдений и подчиняется законам гравитационного взаимодействия небесных тел. Определение времени с помощью квантовых стандартов частоты основано на электрических и ядерных взаимодействиях внутри атома. Вполне возможно несовпадение масштабов атомного и гравитационного времени. В таком случае частота колебаний, генерируемых атомом цезия, будет изменяться по отношению к секунде эфемеридного времени в течение года, и это изменение нельзя отнести за счет ошибки наблюдения.
Кварцевые часы
Кварцевые наручные часы получили распространение благодаря возможностям современной технологии изготовления полупроводников и созданию интегральных микросхем. Ч. с электронной схемой и цифровой индикацией на жидких кристаллах или светодиодах называются электронными. Электронная часть этих Ч. содержит, кроме кварцевого генератора, делители частоты (счётчик), дешифраторы (рис. 7а
Электричество, все сильнее вторгавшееся во все области жизни ч еловека, не могло обойти часовое дело. С появлением кварцевых технологий высокоточные часы стали доступны каждому жителю Земли, а качество часов стало зависеть не столько от мастерства и опыта людей, сколько от точности работы автоматических линий. Сегодня абсолютное большинство выпускаемых в мире часов относятся именно к кварцевым. Как они устроены, как работают и почему в се больше людей отдают предпочтение именно кварцевым часам? Основными элементами кварцевых часов являются электронный блок и шаговый электродвигатель. Электронный блок раз в секунду посылает импульс двигателю, а тот поворачивает стрелки.
1. Катушка
2. Стартор
3. Ротор
4. Триб ротора
5. Магниты
Очень высокую стабильность частоты вырабатываемых импульсов, а значит, и высокую точность хода, обеспечивает кристалл кварца, из-за которого часы и получили свое название.Батарейка, питающая электронный блок и двигатель, рассчитана на несколько лет работы и избавляет от необходимости заводить часы в течение всего этого срока. Получается уникальное сочетание высокой точности и удобства в использовании. Иногда вместо циферблата со стрелками используется цифровой дисплей. Такие часы у нас принято называть электронными, но во всем мире их называют кварцевыми часами с цифровой индикацией. Это название подчеркивает, что, во-первых, основой часов является кварцевый генератор, а во-вторых, информация о времени в них отображается в виде цифр. По сути, кварцевые часы являются мини-компьютером. Запрограммировав соответствующим образом микросхему, их легко превратить в многофункциональное устройство: хронограф, секундомер, добавить к ним будильник и т.д. Причем, в отличие от механических часов, их стоимость при этом возрастает не так сильно
Зачем часам кристалл Кристалл кварца обладает уникальными свойствами: при сжатии он порождает электрический импульс, а при воздействии электрического тока кварц сжимается. Таким образом, кристалл можно заставить сжиматься-разжиматься, т.е. колебаться, под воздействием электрического тока. Подбором размеров кристалла добиваются частоты резонанса 32768 герц
1. Источник питания
2. Шаговый двигатель
3. Передаточное колесо
4. Секундное колесо
5. Центральное колесо
6. Часовое колесо
7. Рычаг кулачковой муфты
8. Переводной рычаг
9. Переводная головка
10.Переводной вал
11. Кулачковая муфта
12.Тормозной рычаг
13. Минутное колесо
14. Промежуточное колесо
15. Блок кварцевого генератора
Электронный блок кварцевых часов состоит из двух частей. Одна часть, генератор, вырабатывает электрические колебания, которые стабилизируются кварцевым кристаллом на его резонансной частоте. Таким образом, мы имеем генератор электрических колебаний, причем частота этих колебаний очень стабильна. Остается эти равномерные колебания превратить в равномерное же движение стрелок.
Генератор вырабатывает 32768 электрических колебаний в секунду. Это примерно в 10000 раз больше, чем число колебаний баланса в обыкновенных часах. Ни одно механическое устройство не может работать с такой скоростью. Поэтому другая часть электронной схемы, называемая делителем, преобразует эти колебания в импульсы частотой 1 герц. Эти импульсы подаются на обмотку шагового электродвигателя.Двигатель состоит из статора, неподвижно закрепленной на нем катушки с обмоткой и ротора - постоянного магнита, насаженного на ось. При прохождении через катушку электрического импульса возникает магнитное поле, которое поворачивает ротор на пол-оборота. Ротор через систему шестерен вращает стрелки. Сколько же прослужит "кварц"? Колесный механизм у кварцевых часов имеет тот же ресурс, что и у механических. Очень долго прослужит и шаговый двигатель. Сегодня можно встретить работоспособные радиоприемники 20-х годов, т.е. ресурс электронных компонентов также велик и до конца еще не изучен. И, теоретически, хорошие кварцевые часы по долголетию не должны уступать механическим.Статистики по "долгожительству" кварцевых часов пока не набрано, ведь они появились всего 30 лет назад. Но многие электронно-балансовые часы, выпущенные лет 40 назад, прекрасно ходят и по сей день. С другой стороны, 100 лет назад часы передавали по наследству потому, что это была чрезвычайно редкая и дорогая вещь. Те времена давно прошли, сегодня все чаще мы покупаем новую вещь не потому, что старая испортилась, а потому, что она морально устарела. А срок, необходимый для морального устаревания, кварцевые часы выхаживают, доставляя владельцу минимум хлопот.В нашей стране механические часы пока популярнее кварцевых. Но, по прогнозам зарубежных специалистов, в ближайшие годы ситуация будет резко меняться и через 4-5 лет доля кварцевых часов составит не менее 80% рынка. Преимущества кварцевых часов. Точность – В связи с маленькими показателями в отставании/опережении заданного времени. Надёжность – В таком виде механизма очень мало деталей и это обеспечивает постоянную надёжную работу. Ударопрочност ь – Из-за особенностей конструкции и отсутствия сложносоставных деталей эти часы не боятся обычных механических повреждений, что могут произойти в повседневной жизни. Долговечность элемента питания – Срок службы батарейки в часах составляет в среднем 2 – 3 года. Простота и надёжность механизма – Так как механизм таких часов в основном своём виде состоит из разных видов пластика и его производство полностью автоматизировано, эти свойства дают долговечность и понижают стоимость продукции на выходе.