Giroscop cu fibră optică

Giroscopul cu fibră optică este senzorul de viteză unghiulară a fibrei, care este cel mai promițător dintre diferiții senzori cu fibră optică. Giroscopul cu fibră optică, ca și giroscopul cu laser inel, are avantajele fără piese mecanice în mișcare, fără timp de încălzire, accelerație insensibilă, gamă dinamică largă, ieșire digitală și dimensiuni mici. În plus, giroscopul cu fibră optică depășește, de asemenea, deficiențele fatale ale giroscoapelor cu laser inel, cum ar fi costul ridicat și fenomenul de blocare. Prin urmare, giroscoapele cu fibră optică sunt apreciate de multe țări. Giroscoape civile cu fibră optică de mică precizie au fost produse în loturi mici în Europa de Vest. Se estimează că în 1994, vânzările de giroscoape cu fibră optică pe piața giroscoapelor americane vor ajunge la 49%, iar giroscopul cu cablu va ocupa locul doi (reprezentând 35% din vânzări).

Principiul de funcționare al giroscopului cu fibră optică se bazează pe efectul Sagnac. Efectul Sagnac este un efect general al luminii care se propagă pe o cale optică în buclă închisă care se rotește în raport cu spațiul inerțial, adică două fascicule de lumină cu caracteristici egale emise de aceeași sursă de lumină pe aceeași cale optică închisă se propagă în direcții opuse. . În cele din urmă, fuzionați la același punct de detectare.
Dacă există o viteză unghiulară de rotație în raport cu spațiul inerțial din jurul axei perpendiculare pe planul căii optice închise, calea optică parcursă de fasciculele de lumină în direcțiile înainte și înapoi este diferită, rezultând o diferență de cale optică, iar diferența de cale optică este proporțională cu viteza unghiulară de rotație. . Prin urmare, atâta timp cât diferența de cale optică și informațiile corespunzătoare despre diferența de fază sunt cunoscute, viteza unghiulară de rotație poate fi obținută.

În comparație cu giroscopul electromecanic sau giroscopul laser, giroscopul cu fibră optică are următoarele caracteristici:
(1) Puține părți, instrumentul este ferm și stabil și are o rezistență puternică la impact și accelerare;
(2) Fibra spiralată este mai lungă, ceea ce îmbunătățește sensibilitatea și rezoluția de detecție cu câteva ordine de mărime decât cea a giroscopului laser;
(3) Nu există piese de transmisie mecanică și nu există nicio problemă de uzură, deci are o durată de viață lungă;
(4) Este ușor să adoptați tehnologia circuitului optic integrat, semnalul este stabil și poate fi utilizat direct pentru ieșire digitală și conectat la interfața computerului;
(5) Prin modificarea lungimii fibrei optice sau a numărului de propagare ciclică a luminii în bobină, se pot obține diferite precizii și se poate obține o gamă dinamică largă;
(6) Fasciculul coerent are un timp de propagare scurt, deci în principiu poate fi pornit instantaneu fără preîncălzire;
(7) Poate fi folosit împreună cu giroscopul laser inel pentru a forma senzori ai diferitelor sisteme de navigație inerțială, în special senzorii sistemelor de navigație inerțiale cu curele;
(8) Structură simplă, preț scăzut, dimensiune mică și greutate redusă.

Clasificare
Conform principiului de lucru:
Giroscoapele interferometrice cu fibră optică (I-FOG), prima generație de giroscoape cu fibră optică, sunt în prezent cele mai utilizate pe scară largă. Utilizează o bobină de fibră optică multi-turn pentru a spori efectul SAGNAC. Un interferometru toroidal cu fascicul dublu compus dintr-o bobină de fibră optică cu un singur mod multi-turn poate oferi o precizie mai mare și va face inevitabil structura generală mai complicată;
Giroscopul cu fibră optică rezonantă (R-FOG) este a doua generație de giroscop cu fibră optică. Utilizează un rezonator inel pentru a îmbunătăți efectul SAGNAC și propagarea ciclică pentru a îmbunătăți acuratețea. Prin urmare, poate folosi fibre mai scurte. R-FOG trebuie să utilizeze o sursă de lumină puternică coerentă pentru a spori efectul de rezonanță al cavității rezonante, dar sursa de lumină puternică coerentă aduce și multe efecte parazitare. Modul de eliminare a acestor efecte parazitare este în prezent principalul obstacol tehnic.
Giroscopul cu fibră optică cu împrăștiere a Brillouin stimulat (B-FOG), giroscopul cu fibră optică de a treia generație reprezintă o îmbunătățire față de cele două generații anterioare și se află încă în stadiul de cercetare teoretică.
În funcție de compoziția sistemului optic: giroscop cu fibră optică de tip optic integrat și cu fibră optică.
După structură: giroscoape cu fibră optică cu o singură axă și cu mai multe axe.
După tipul de buclă: giroscop cu fibră optică cu buclă deschisă și giroscop cu fibră optică cu buclă închisă.

De la introducerea sa în 1976, giroscopul cu fibră optică a fost foarte dezvoltat. Cu toate acestea, giroscopul cu fibră optică are încă o serie de probleme tehnice, aceste probleme afectează acuratețea și stabilitatea giroscopului cu fibră optică, limitând astfel gama sa largă de aplicații. include în principal:
(1) Efectul tranzitorilor de temperatură. Teoretic, cele două căi luminoase care se propagă înapoi în interferometrul inel sunt de lungime egală, dar acest lucru este strict adevărat numai atunci când sistemul nu se schimbă în timp. Experimentele arată că eroarea de fază și deviația valorii de măsurare a vitezei de rotație sunt proporționale cu derivata în timp a temperaturii. Acest lucru este foarte dăunător, mai ales în perioada de încălzire.
(2) Influența vibrațiilor. Vibrația va afecta, de asemenea, măsurarea. Trebuie folosit un ambalaj adecvat pentru a asigura o bună rezistență a bobinei. Designul mecanic intern trebuie să fie foarte rezonabil pentru a preveni rezonanța.
(3) Influența polarizării. În zilele noastre, cea mai utilizată fibră monomod este o fibră cu dublă polarizare. Birefringența fibrei va produce o diferență de fază parazită, deci este necesară filtrarea prin polarizare. Fibra de depolarizare poate suprima polarizarea, dar va duce la o creștere a costului.
Pentru a îmbunătăți performanța vârfului. Au fost propuse diverse soluții. Inclusiv îmbunătățirea componentelor giroscopului cu fibră optică și îmbunătățirea metodelor de procesare a semnalului.