.  

(57) Реферат

Изобретения. Гравитационно-волновой детектор в имитаторе с орбитальной гравитацией, относится к области гравитационно-волновой физики, для определения длин и мощности, первично формирующийся, гравитационной волны.

Представьте: Самый большой, современный, волоконно-оптический гироскоп не вращающийся с угловой скоростью, относительно инерциальной системы и в непосредственной близости к гироскопу в плоскости кольца оптического резонатора, мы задаём движение в 3 об/с, телу с объёмом и весом с СОЛНЦЕ – Данную идею, мы можем осуществить в изобретение, благодаря работам А. Эйнштейна и его принципу локальности и эквивалентности, в физике - Утверждение, согласно которому поле тяготения в небольшой области пространства и времени (например, в замкнутой лаборатории, из которой невозможно наблюдать Вселенную) по своему проявлению тождественно ускоренной системе отсчета. Этот принцип является краеугольным камнем - Общей теории относительности [1].

Современные виброфуги, центрифуги в космической отрасли, обладают техническими возможностями в имитации гравитационных волнообразных перегрузок, чтобы внутри замкнутой лабораторией, гравитационно-волновые возмущения, рождались из возбуждённого, источника-приемника парами, кратковременно, упорядоченно разделялись, образуя  стоячие волны между источниками приёмником – Благодаря этому обнаруживались реально, но при этом, для внешнего наблюдения, гравитационно-волновые возмущения,  поглощаются, почти полностью и поэтому останутся виртуальными. Энергия суммы гребней гравитационных волновых возмущений, может превысить сумму шумов от помех, если увеличить диаметр, хотя бы в 6 метров, намотки оптоволокна в кольцевом резонаторе, в испытуемом гироскопе, также мы можем иметь, разное число витков в обмотках из оптоволокна, пользоваться разными частотами, испытуемого света, включая дополнительные трёх, четырёх угольных оптических резонаторов, расположенных под разными углами относительно друг друга, в одной специализированной центрифуги, можно, одновременно, иметь несколько оптических гироскопов с различными параметрами и их использовать в качестве, гравитационно-волновых детекторов для установления, более точных параметров гравитационной волновых возмущений при их пеленгации в имитаторе с орбитальной гравитацией в замкнутой лаборатории.

Формула изобретения.

Гравитационно-волновой детектор в имитаторе с орбитальной гравитацией, содержащий активный элемент с рабочей средой, фотоприемник с блоком обработки сигнала, отличающийся тем, что также содержит; диодный лазер для оптической накачки, Х-образный волновой соединитель для введения луча оптической накачки в оптическое волокно, фарадеевские вентиля, резонатор из оптического волокна, образующего кольцо, при этом оптическое волокно частично легированных, что играет также роль активной среды, для извлечения двух встречных лучей используют Х-образный волновой соединитель, увеличены геометрические размеры до нескольких метров радиуса кольцевого резонатора укладки оптоволокна, имитатор центрифуга с приводом, плечо, вал, колесо несущем в овальных пазах по своему периметру, кольцевой волоконно-оптический резонатор бегущих волн, укреплённый клеем отвердителем, два зубчатых шкива, зубчатый ремень.

(54) Гравитационно-волновой детектор в имитаторе с орбитальной гравитацией  

Изобретения относиться к лазерно-интерферометрическим гравитационно- волновым (ГВ) детекторам и может быть использовано для обнаружения гравитационно-волновых возмущений (мы не детектируем пока гравитационные волны, распространяющиеся со скоростью света а) от быстрого вращения большой центрифуги, одновременно подвергая к примеру до 30g волнообразных перегрузок при её движении по всему периметру кольцевого резонатора, бегущих волн, волоконно-оптического гироскопа, (это эквивалентно тому; что вокруг периметра  волоконно-оптической катушки кольцевого резонатора гироскопа, диаметром в несколько метров,  вращаться  Солнце с Землёй, делая три оборота за секунду) при этом у кольцевого резонатора отсутствует угловая скорость относительно инерциальной системы. Согласно изобретению, гравитационно-волновой детектор содержит диодный лазер для оптической накачки, волновой соединитель для введения луча оптической накачки в оптическое волокно, фарадеевские вентиля, резонатор из оптического волокна, образующего кольцо, при этом оптическое волокно частично легировано, что также играет роль активной среды. Для извлечения двух встречных лучей используют  Х-образный волновой соединитель и фотоприёмник с блоком обработки сигнала.  

Особенности изобретения заключается в том что, на приводе имитатора центрифуги установлено плечо с несущем колесом где геометрические размеры колеса позволяют увеличить радиус укладки оптоволокна до нескольких метров и тем самым позволяют в десятки раз увеличить разрешающую способность волоконно-оптических гироскопов. Благодаря этому будет обеспечена пеленгация, первично, формирующихся, гравитационно-волновых возмущений. 

Изобретения относиться к лазерно-интерферометрическим гравитационно- волновым (ГВ) детекторам и может быть использовано для обнаружения гравитационно-волновых возмущений от быстрого вращения большой центрифуги, одновременно подвергая к примеру  до 30g волнообразных перегрузок (Это эквивалентно тому; что вокруг периметра волоконно- оптической катушки кольцевого резонатора гироскопа, диаметром в несколько метров,  вращаться Солнце, делая три оборота за секунду)  при её движение по всему периметру кольцевого резонатора, волоконно-оптического гироскопа, при этом кольцевого резонатора, не имеет угловой скорости, относительно, инерциальной системы. 

Известно: [1] ПРИНЦИП ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ, в физике - утверждение, согласно которому поле ТЯГОТЕНИЯ в небольшой области пространства и времени (например, в замкнутой лаборатории, из которой невозможно наблюдать Вселенную) по своему проявлению тождественно ускоренной системе отсчета. Этот принцип является краеугольным камнем общей теории ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ Эйнштейна. Отсюда и рассмотрим наш волоконно-оптический кольцевой резонатор с возможной нагрузкой, одновременно подвергая к примеру до 30g волнообразных перегрузок (Это эквивалентно тому; что вокруг периметра  волоконно-оптической катушки кольцевого резонатора гироскопа, диаметром в несколько метров,  вращаться Солнца, делая три оборота за секунду) и при её гравитационно-волнового движение по всему периметру кольцевого резонатора, волоконно-оптического гироскопа, вдоль оптических путей распространение излучения кольцевого резонатора происходит различные набеги фаз в оптических излучения, по этой разнице и судят о воздействии ГВ,- на периметр кольцевого оптического резонатора, при этом по своему периметру, сам кольцевой резонатор не имеет угловой скорости относительно инерциальной системы.

Известно. [2] Гравитационно-волновой детектор, содержащий активный элемент и рабочую среду в нем, первое, второе и третье глухие зеркала, первое и второе полупрозрачные разделительные зеркала, фотоприемник с блоком обработки сигналов на его выходе, причем размещенные на пути оптического излучения первое глухое зеркало, первое и второе полупрозрачные разделительные зеркала и активный элемент с рабочей средой являются элементами резонатора первого кольцевого оптического генератора бегущих волн, а размещенные на пути оптического излучения первое, второе и третье глухие зеркала и активный элемент с рабочей средой являются элементами резонатора второго кольцевого оптического генератора бегущих волн, что в состав первого резонатора между первым и вторым полупрозрачными разделительными зеркалами введен первый поляризатор, в состав второго резонатора между вторым и третьим глухими зеркалами введены последовательно расположенные второй поляризатор, параллельно размещенные между собой первое, второе и третье дополнительные глухие зеркала, причем геометрическая длина между первым полупрозрачным разделительным зеркалом и вторым глухим зеркалом равна геометрической длине между вторым полупрозрачным разделительным зеркалом и третьим глухим зеркалом, геометрическая длина между вторым глухим зеркалом и первым дополнительным глухим зеркалом равна геометрической длине между третьим глухим зеркалом и третьим дополнительным глухим зеркалом, а сумма геометрических длин между первым полупрозрачным разделительным зеркалом, вторым глухим зеркалом и первым дополнительным глухим зеркалом, между вторым полупрозрачным разделительным зеркалом, третьим глухим зеркалом и третьим дополнительным глухим зеркалом равна геометрической длине между первым и вторым полупрозрачными разделительными зеркалами, оптические излучения обоих резонаторов на взаимно ортогональных линейных поляризациях с выходов второго полупрозрачного разделительного зеркала через введенный линейный поляризатор поступают на вход фотоприемника, а угол между падающим оптическим излучением на второе полупрозрачное разделительное зеркало и отраженным от него оптическим излучением составляет меньше 45°, выходом гравитационно-волнового детектора является выход блока обработки сигналов. 

Однако прототип не имеет возможности запеленговать бегущих гравитационно-волновых возмущений, так как прототип не предназначен для использования в подвижных имитирующих устройствах. 

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке, гравитационно-волнового детектора для пеленгации, первоначально формирующихся  гравитационно-волновых возмущений от центрифуги имитирующие гравитацию, движущиеся по орбите в предлагаемом устройстве  и в дальнейшем результаты использовать для обнаружения астрофизических источников. 

Сущность изобретения заключается в том что, кольцевой волоконно-оптический резонатор бегущих волн содержащий диодный лазер для оптической накачки, волновой соединитель для введения луча оптической накачки в оптическое волокно, резонатор из оптического волокна, образующего кольцо, при этом оптическое волокно частично легированных, что играет роль активной среды. Для извлечения двух встречных лучей используют Х-образный волновой соединитель и фотоприёмник с блоком обработки сигнал, также используется имитатор центрифуга с приводом из плеча, содержащие колесо несущем по своему периметру, кольцевой волоконно-оптический резонатор бегущих волн, геометрические размеры несущего колеса позволяют увеличить радиус укладки оптоволокна до нескольких метров, все остальные устройства гироскопа: источник света, приёмник, измеритель смещения фаз, поляризаторы, фильтры и т. д., - можно собрать  ближе к центру на несущем колесе, предусмотренные на центрифуги, несущие колесо и зубчатые шкивы взаимодействующих через зубчатый ремень не дают вокруг своего центра, вращаться периметру кольцевого волоконно-оптического резонатора, оставаясь без угловой скорости, относительно  инерциальной системы.

 Ведение новых элементов: позволяют детектировать первоначально формирующийся гравитационно-волновые возмущения в имитаторе орбитальной гравитацией и где в десятки раз увеличивалось разрешающийся способность волоконно-оптических гироскопов, при этом кольцевой резонатор, по своему периметру не должен вращается, относительной инерциальной системы, при детектировании гравитационно-волновых возмущений.

Примерные, возможности гироскопа, определяем  по [3] формулам, исходя из чувствительности при его угловой скорости.   В одновитковом контуре, лучи света противоположных направлений проходят весь контур, после чего измеряется смещение фаз. Контур вращается вместе с объектом с угловой скоростью Ω. Окружная скорость вращения оптического волокна равна v. Тогда скорость распространения света в волокне в направлении вращения будет равна: c – v; скорость света в противоположном направлении составит: c + v. Где c – скорость света в вакууме. Следовательно, свет попутного направления придёт в точку встречи (к измерителю фазы) с опозданием. Это запаздывание света по времени ∆t определится из выражения: 

где L – длина оптоволокна. 

Запаздывание света, попутного направления по расстоянию ∆t, найдётся из выражения: 

Поскольку окружная скорость оптического волокна гироскопа v на много порядков меньше скорости света c, выражение (2) можно упростить и записать в виде: 

Отставание по фазе ∆ψ, света попутного направления, запишется в виде: 

где λ – длина волны света. 

Подставляя в (4) выражения окружной скорости и длины оптического волокна: v = Ω·a; L = 2π·a, и учитывая, что произведение π·a2 – представляет собой площадь S, очерченную оптоволокном, можно записать: 

Эта формула считается основной. Она применима и для одновиткового контура, и для многовитковой катушки, в последнем случае площадь S представляет собой сумму площадей всех витков. 

Анализ этой формулы показывает, что круговая форма навивки оптоволокна предпочтительна, поскольку окружность заметает максимальную площадь при фиксированной длине волокна. Но всё же формула эта не очень информативна, поскольку она ничего не говорит о том, как быть с габаритами (с радиусом навивки) волокна? Сейчас наблюдается тенденция к миниатюризации гироскопов, а это вряд ли правильно, и вот почему. 

Учитывая, что v = Ω·a, и подставляя это выражение в (4) получим: 

Как видно из формулы (6), смещение фаз встречных излучений пропорционально длине оптического волокна гироскопа и радиусу навивки волокна. Эти параметры примечательны тем, что оказывают наибольшее влияние на чувствительность гироскопа и тем, что они выбираются при конструировании прибора. И выбирать надо, очевидно, наибольшие возможные значения этих параметров. Из формулы (6) видно, что при максимально возможной   фиксированной величине L чувствительность гироскопа прямо зависит от радиуса навивки волокна. 

Если, например, гироскоп проектируется для использования,  как датчик гравитационно-волновых возмущений, то, очевидно, что максимально  возможный радиус укладки оптоволокна 7 будет равен радиусу несущего колеса. Другими словами, в этом случае, оптоволокно 7 можно уложить в овальные пазы по внутренней поверхности, см., рисунок 2, периметра несущего колеса 9. 

Поскольку, средний радиус несущего колеса на два и более порядка, больше радиуса навивки волокна, выпускаемых на сегодняшний день гироскопов, то этот приём позволит увеличить, разрешающую способность гироскопа на два, три порядка. 

Выводы:  При фиксированной длине оптического волокна измеряемый эффект оптических гироскопов зависит не только от угловой скорости вращения, но и от радиуса навивки оптического волокна. Следовательно, в итоге, измеряемый эффект зависит от окружной скорости оптоволокна. 

Для увеличения измеряемого эффекта угловых скоростях и фиксированной длине оптоволокна необходимо увеличивать окружную скорость оптоволокна за счёт увеличения радиуса укладки волокна. 

Геометрические размеры несущего колеса позволяют увеличить радиус укладки оптоволокна до нескольких метров и тем самым позволяют в десятки раз увеличить разрешающую способность волоконно-оптических гироскопов. 

При работе центрифуги и её возможной нагрузкой, одновременно подвергая к примеру от 1g до 30g перегрузкой (Это эквивалентно тому; что вокруг периметра  волоконно-оптической катушки гироскопа, диаметром в несколько метров,  вращаться Солнце, делая три оборота за секунду) и при её волновом движение по всему периметру кольцевого резонатора, волоконно-оптического гироскопа, при этом кольцевой резонатор, не имеет угловой скорости,  относительно  инерциальной системы. 

Рассчитаем для примера, перегрузку при работе центрифуги в 3 об/сек и  R=3м, которую испытывает, периметр несущего колеса с кольцевым резонаторам встречных лучей, определяем по формуле   

Тогда вес равен  

Итак, расчёт перегрузки при переходе, от  положительного к отрицательному ускорению даёт следующий результат: 

Хотя, перегрузки возможно, еще на несколько порядков увеличить. Теоретическая мощность, гравитационного излучения, [4]. Излучаемая в подсистемой Солнце – земля, составляет около 200 Вт и это при годовом вращении, а в нашем примере имитируется скорость в 3 об/с СОЛНЦА, что вполне позволяет, превысит помехи и детектировать колебания, искривление геометрии пространства в кольцевом резонаторе, бегущих волн, при круговом его движение, эквивалентно гравитации звезд и планет бегающим вокруг кольцевого резонатора, встречных оптических волн, этим же создаем плавающие по тому же периметру волновые искривления геометрии пространство где оптические встречные лучи и за разницы по времени, проходят разные ПЗН – пограничные зоны неопределенности, квантовой перестройки геометрии волнового искривленного пространство по причине, подвижно чередующихся колебаний, и по этой разнице времени детектируем гравитационно– волновые возмущение, геометрии искривленного пространство, на фотоприемнике и блоком обработки сигналов.   

Функциональная схема заявляемого устройства представлена на рис.1 

Активным элементом служит 1, диодный лазер накачки в 2 Х-образный волновой соединитель, распределяющий лучи по 3 и 4 направляю через 5 и 6 фарадеевские вентили, затем бегущие волны направляются в противоположных направлениях на кольцевой резонатор 7 и возвращается через 2 Х-образный волновой соединитель на 8 фотоприёмник. Несущие колесо 9 крепится через 15 вал к 10 плечу центрифуги, плечо 10 крепится к подвижному 16 валу центрифуги, подвижный 16 вал проходить через 11 неподвижный корпус центрифуги, неподвижный шкив 14 относительно 11 корпуса центрифуги и неподвижный шкив 12 относительно несущего 9 колеса соединены ремнём 13. Несущие колесо 9 выполнено из толстостенного дюралюминия, с специальными пазами для укладки оптоволокна кольцевого резонатора 7 и склеиванием отвердителем оптоволокно в пазах, для выдерживания гравитационных перегрузок.

Устройство работает следующим способом: Оптическая накачка осуществляется при помощи 1 диодного лазера накачки в Х- образный соединитель 2 распределяя излучения по волокнам 3 и 4 через фарадеевские вентиля 5 и 6 на выходе и входе излучение в противоположных направляется в кольцевой резонатор 7  и возвращается через 5 и 6 фарадеевские вентили на Х-образный волновой соединитель 2 к фотоприёмнику 8.  Волоконно-оптический кольцевой резонатор 7  в предлагаемом изобретение будет равен радиусу несущего колеса 9, где геометрические размеры несущего колеса 9 позволяют увеличить радиус укладки оптоволокна до нескольких метров и тем самым позволяют в десятки раз увеличить разрешающую способность волоконно-оптического резонатора 7 бегущих волн. 

Принцип работы имитатора центрифуги, тоже что у колёса обозрения или вертикальной детской карусели, только у нас вместо кабины для пассажиров,  несущие колесо 9, для кольцевого резонатора 7 бегущих волн, волоконно-оптического гироскопа.  Несущие колесо 9 движется по кругу за счёт плеча 10 которые установлено на подвижном 16 валу центрифуги. Неподвижный шкив 14 относительно корпуса 11 центрифуги соединён через зубчатый 13 ремень с неподвижным шкивом 12 относительно несущего колеса 9, что позволяет периметру несущего 9 колеса и кольцевому резонатору 7 бегущих волн не вращаться вокруг своего центра, оставаясь без угловой скорости, относительно инерциальной системы. При средних нагрузок это эквивалентно тому; что вокруг периметра  волоконно-оптической катушки гироскопа, диаметром в несколько метров,  вращаться Солнце с Землёй, делая три оборота за секунду этим создавая, плавающие волны искривления, геометрии  пространства у детектора. 

Литература: 

[1]. Тредер, Г.-Ю., Теория гравитации и принцип эквивалентности. М.: Атомиздат, 1973 

[2]. Гравитационно-волновой детектор, патент; RU2475785 С1, 20.02.2013г авторы: Мурзаханов Зуфар Газизович (RU), Левин Сергей Фёдорович (RU) 

 [3]. Эффект Саньяка и неиспользованные возможности волоконно-оптических гироскопов при измерении малых угловых скоростей. 29 -09 - 2015г. Автор: Юрий Гужеля 

[4]. https://ru.wikipedia.org/гравитационные волны  

[5]. В.Б.Морозов. Парадоксы специальной теории относительности и трансляционная инвариантность. Препринт.  Москва. 2009

[6]. Способ генерирования и приема гравитационных волн и устройство для его реализации (варианты) изобретении RU2184384 Автор: Леонов Владимир Семенович