Волоконно-оптичний гіроскоп

Волоконно-оптичний гіроскоп – це волоконний датчик кутової швидкості, який є найбільш перспективним серед різноманітних волоконно-оптичних датчиків. Волоконно-оптичний гіроскоп, як і кільцевий лазерний гіроскоп, має переваги: ​​відсутність механічних рухомих частин, відсутність часу прогріву, нечутливе прискорення, широкий динамічний діапазон, цифровий вихід і малий розмір. Крім того, волоконно-оптичний гіроскоп також долає фатальні недоліки кільцевих лазерних гіроскопів, такі як висока вартість і явище блокування. Тому волоконно-оптичні гіроскопи цінуються багатьма країнами. Низькоточні цивільні волоконно-оптичні гіроскопи випускаються невеликими партіями в Західній Європі. Підраховано, що в 1994 р. продажі волоконно-оптичних гіроскопів на американському ринку гіроскопів досягнуть 49%, а кабельний гіроскоп займе друге місце (на частку якого припадає 35% продажів).

Принцип роботи волоконно-оптичного гіроскопа заснований на ефекті Саньяка. Ефект Саньяка - це загальний пов'язаний ефект світла, що поширюється по замкненому оптичному шляху, що обертається відносно інерційного простору, тобто два промені світла з однаковими характеристиками, що випромінюються одним джерелом світла на тому самому замкнутому оптичному шляху, поширюються в протилежних напрямках. . Нарешті об’єднайтеся до тієї ж точки виявлення.
Якщо навколо осі, перпендикулярної площині замкнутого оптичного шляху, існує кутова швидкість обертання відносно інерційного простору, оптичний шлях, який проходять світлові промені в прямому і зворотному напрямках, є різним, що призводить до різниці оптичного шляху, а оптична різниця шляху пропорційна кутовій швидкості обертання. . Таким чином, доки відомі оптична різниця шляху та відповідна інформація про різницю фаз, можна отримати кутову швидкість обертання.

У порівнянні з електромеханічним гіроскопом або лазерним гіроскопом, волоконно-оптичний гіроскоп має такі характеристики:
(1) Кілька частин, інструмент міцний і стабільний, має сильну стійкість до ударів і прискорень;
(2) Згорнуте волокно довше, що покращує чутливість і роздільну здатність виявлення на кілька порядків, ніж у лазерного гіроскопа;
(3) Немає механічних деталей трансмісії, немає проблеми зносу, тому він має тривалий термін служби;
(4) Легко застосувати технологію інтегральної оптичної схеми, сигнал стабільний, і його можна безпосередньо використовувати для цифрового виводу та підключати до інтерфейсу комп'ютера;
(5) Змінюючи довжину оптичного волокна або кількість циклічного поширення світла в котушці, можна досягти різної точності та широкого динамічного діапазону;
(6) Когерентний промінь має короткий час поширення, тому в принципі його можна запустити миттєво без попереднього нагрівання;
(7) Він може використовуватися разом з кільцевим лазерним гіроскопом для формування датчиків різних інерціальних навігаційних систем, особливо датчиків розкладних інерціальних навігаційних систем;
(8) Проста структура, низька ціна, невеликий розмір і мала вага.

Класифікація
За принципом роботи:
В даний час найбільш широко використовуються інтерферометричні волоконно-оптичні гіроскопи (I-FOG), перше покоління волоконно-оптичних гіроскопів. Для посилення ефекту SAGNAC використовується багатовиткова оптоволоконна котушка. Двопроменевий тороїдальний інтерферометр, що складається з багатовиткової одномодової оптоволоконної котушки, може забезпечити більш високу точність і неминуче ускладнить загальну структуру;
Резонансний волоконно-оптичний гіроскоп (R-FOG) — це волоконно-оптичний гіроскоп другого покоління. Він використовує кільцевий резонатор для посилення ефекту SAGNAC і циклічного поширення для підвищення точності. Тому він може використовувати більш короткі волокна. R-FOG має використовувати сильне джерело когерентного світла, щоб посилити резонансний ефект резонансної порожнини, але сильне джерело когерентного світла також приносить багато паразитних ефектів. Як усунути ці паразитарні ефекти в даний час є основною технічною перешкодою.
Волоконно-оптичний гіроскоп зі стимульованим розсіюванням Бріллюена (B-FOG), волоконно-оптичний гіроскоп третього покоління є вдосконаленням у порівнянні з попередніми двома поколіннями, і він все ще знаходиться на стадії теоретичного дослідження.
За складом оптичної системи: волоконно-оптичний гіроскоп інтегрованого оптичного і повноволоконного типу.
За будовою: одноосьові та багатоосьові волоконно-оптичні гіроскопи.
За типом петлі: волоконно-оптичний гіроскоп із відкритим контуром і волоконно-оптичний гіроскоп із замкненим контуром.

З моменту його появи в 1976 році волоконно-оптичний гіроскоп отримав значний розвиток. Однак у волоконно-оптичного гіроскопа все ще є ряд технічних проблем, ці проблеми впливають на точність і стабільність волоконно-оптичного гіроскопа, а отже, обмежують його широкий спектр застосування. в основному включає:
(1) Вплив перехідних процесів температури. Теоретично, два зворотних світлових шляху в кільцевому інтерферометрі мають однакову довжину, але це суто вірно лише тоді, коли система не змінюється з часом. Експерименти показують, що фазова похибка і дрейф вимірюваного значення швидкості обертання пропорційні похідній за часом від температури. Це дуже шкідливо, особливо в період розігріву.
(2) Вплив вібрації. Вібрація також вплине на вимірювання. Щоб забезпечити хорошу міцність котушки, необхідно використовувати відповідну упаковку. Внутрішня механічна конструкція повинна бути дуже розумною, щоб запобігти резонансу.
(3) Вплив поляризації. У наш час найбільш широко використовуваним одномодовим волокном є волокно з подвійною поляризацією. Подвійне променезаломлення волокна призведе до паразитної різниці фаз, тому необхідна поляризаційна фільтрація. Деполяризаційне волокно може пригнічувати поляризацію, але це призведе до збільшення вартості.
Для того, щоб підвищити продуктивність верху. Були запропоновані різні рішення. У тому числі вдосконалення компонентів волоконно-оптичного гіроскопа та вдосконалення методів обробки сигналів.