Мир Знаний

Исследование систем измерения траекторных параметров самолета при посадке на основе эффекта Мессбауэра (стр. 8 из 9)

Использование узкой резонансной области обеспечивает прекрасную разрешающую способность, но одновременно является и недостатком метода, так как при этом невозможно измерить скорость, превышающую 0,25-0,3 м/сек. При более высокой скорости доплеровский сдвиг частот приводит к выводу из резонансной области. Поэтому скорости, превышающие 0,3 м/сек, целесообразно измерять с помощью комплекса измерительных устройств. При Vr

1-5 м/сек для измерений применим радиотехнический метод, а при Vr 0.3-1 м/сек - поток нерезонансных
-квантов, испускаемых источником. Чувствительность методов измерения расстояний и скоростей приведена в таблице 2.

Таблица 2. Чувствительность методов измерения параметров движения

Метод Скорость м/сек Расстояние м
Мах Min Мах Min
Резонансный 0.25-0.30 10-5 30-40 0
Гамма-локатор (нерезонансный) Очень высокая 0.1-0.2 Сотни метров 0
Радиотехническая Очень высокая 0.3-1.0 Очень высокая 30-100

Измерение угловых параметров.

При измерении угловых координат источника используют прямолинейность распространения

- излучения. Для этого применяют различные устройства, коллимирующие его, чаще всего стационарные многоканальные приемники излучения (рисунке 1.13) информацию о направлении на источник получают уравнивая показатели детекторов при отклонении излучателя от осевой линии [1.4].

Рисунок 1.13 Схема измерения углов. 1 – излучатель; 2 – компилятор; 3 – приемник; 4 – преобразователь; 5 – измеритель

1.3 Разработка устройства съема информации с гироскопических систем ориентации и навигации на основе эффекта Мессбауэра

Разработку устройства съема информации с гироскопических систем ориентации и навигации будем осуществлять на основе (описанного ранее смотриподробней 1.2.) эффекта Мессбауэра. Для измерения угла отклонения источника и приемника друг относительно друга будем использовать (смотриподробней1.2.) метод пропускания резонансных

- квантов. Сущность этого метода заключается в том, что если источник и приемник (детектор)
- квантов имеют аналогичные энергетические уровни возбуждения, то в детекторе будет наблюдаться резонансное поглощение
- квантов. Чувствительность резонансного метода (таблица 2.) обеспечивает высокую точность измерений при минимальном расстоянии (от нуля метров) между источником и детектором.

Функциональная схема устройства съема информации на основе эффекта Мессбауэра представлена на рисунке 1.14. Для измерения угловых координат возможно использование одного детектора (прямой метод), но для повышения точности информации о положении источника будем использовать два детектора (метод сравнения). Если относительное перемещение источника и детекторов равно нулю (рисунок 1.14) то детекторы зарегистрируют максимальную скорость счета

- квантов, причем эта скорость для обоих детекторов будет одинаковой. При возникновении отклонения между источником и детекторами условия резонанса нарушаются и скорость счета у -квантов на входе детекторов резко снижается, и наблюдается непропорциональное поглощение
- квантов в указанных детекторах (скорости счета на детекторах различны). Предполагаем, что такая ситуация возникает в результате того, что излучение от источника происходит не по Ламбертовской поверхности, т.е. в разных направлениях с одинаковой энергией (источник является направленным).

Рисунок 1.14 Функциональная схема устройства съема информации с ГСОиН на основе эффекта Мессбауэра

максимальное значение скорости счета гамма-квантов при резонансном поглощение.

значение скорости счета гамма-квантов при отклонении источника и приемника на
.

Рассматриваемый принцип измерения угловых координат основан на амплитудном методе пеленгации. Опишем сначала прямой метод измерения, В этом случае, когда линия визирования на детектор проходит через максимум излучения, на приемнике фиксируется максимальный сигнал:

(1.27)

гдеk0 - коэффициент пропорциональности;

N(0)- максимальное значение скорости счета

- квантов при нулевом значении угла (
)

При отклонении линии визирования от максимума излучения на угол Ар выходной сигнал равен:

(1.28)

Пеленгационная характеристика, полученная экспериментальным путем и показывающая зависимость скорости счета

- квантов от угла отклонения источника и детектора, в общем случае может быть представлена в виде (рисунок 1.15).

Рисунок 1.15 пеленгационнаяхарактеристика.


Математически пеленгационную характеристику можно описать в следующем виде:

(1.29)

Максимальное значение скорости счета

- квантов N(0) определяется для заданной энергии источника по формуле:

(1.30)

гдеNmax - максимальная скорость счета у -квантов;

R - расстояние между источником и детектором;

- эффективность детектора (
0,85);

s - эффективная площадь детектора;

а - активность источника;

- коэффициент ослабления излучения в воздухе (
=0.0073 см-1);

3.7*1010 - число актов распада в одну секунду.

Для нашей разработки в качестве источника гамма - квантов выбираем ядро 60Со, внедренное в кристаллическую решетку In. Детекторами служат два сцинтилляторных счетчика с кристаллом NaI(Tl). В нашем случае расстояние между источником и детекторами составляет 4.5см. В условиях малых расстояний активность источника должна быть минимальной, поэтому наиболее приемлемой является активность источника а=1*10-10 кюри. Детекторы являются точечной целью, поэтому эффективная площадь детектора 8=0.1см. Детекторы в условиях малых энергий имеют незначительные габариты, и их размещение не создает неудобств. Источник

- квантов не требует энергии, и может излучать в течении 5-ти лет, а детекторы потребляют менее 2-х Ватт.

Определим пеленгационную чувствительность измерителя:

(1.31)

Диаграмму направленности излучения можно аппроксимировать кривой:

(1.32)

где

- ширина диаграммы на уровне половинной мощности. Тогда:

(1.33)

где

Для построения пеленгационной чувствительности была разработана программа [смотри приложение]. Результаты работы программы представлены на рисунке1.16.


Рисунок 1.6 График пеленгационнои чувствительности

Поскольку работа ГСОиН производится на малых углах (от -1°- 1°), то исходя из полученной пеленгационнои чувствительности видно, что этот участок является линейным участком нелинейной характеристики, следовательно

- устройство будет линейным. Полученная характеристика удовлетворяет требованиям по чувствительности измерителя. Уменьшение угла наклона линейного участка приводит к ухудшению чувствительности, а его увеличение к чрезмерному усилению приводящему к самовозбуждению и увеличению мощности помех.