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 такі переваги, як відсутність механічних рухомих частин, відсутність часу на розігрів, нечутливе прискорення, широкий динамічний діапазон, цифровий вихід і малий розмір. Крім того, волоконно-оптичний гіроскоп також усуває фатальні недоліки кільцевих лазерних гіроскопів, такі як висока вартість і явище блокування. Тому волоконно-оптичні гіроскопи цінуються багатьма країнами. У Західній Європі невеликими серіями випускаються низькоточні цивільні волоконно-оптичні гіроскопи. За оцінками, в 1994 році продажі волоконно-оптичних гіроскопів на американському ринку гіроскопів досягнуть 49%, а кабельний гіроскоп займе друге місце (на частку якого припадає 35% продажів).

Принцип роботи оптоволоконного гіроскопа заснований на ефекті Саньяка. Ефект Саньяка — загальний пов’язаний ефект поширення світла в замкнутому оптичному шляху, що обертається відносно інерційного простору, тобто два пучки світла з однаковими характеристиками, випромінювані від одного джерела світла в одному замкнутому оптичному шляху, поширюються в протилежних напрямках. . Нарешті об’єднайте в ту саму точку виявлення.
Якщо існує кутова швидкість обертання відносно інерційного простору навколо осі, перпендикулярної до площини замкнутого оптичного шляху, оптичний шлях, який проходять світлові промені в прямому та зворотному напрямках, буде різним, що призводить до різниці оптичного шляху, а оптична різниця ходу пропорційна кутовій швидкості обертання. . Отже, поки відома оптична різниця шляху та відповідна інформація про різницю фаз, можна отримати кутову швидкість обертання.

У порівнянні з електромеханічним гіроскопом або лазерним гіроскопом оптоволоконний гіроскоп має такі характеристики:
(1) Невелика кількість частин, інструмент міцний і стабільний, має сильну стійкість до ударів і прискорень;
(2) Згорнуте волокно довше, що покращує чутливість виявлення та роздільну здатність на кілька порядків, ніж у лазерного гіроскопа;
(3) Немає деталей механічної трансмісії, і немає проблеми зношування, тому він має тривалий термін служби;
(4) Легко прийняти технологію інтегрованої оптичної схеми, сигнал стабільний, і його можна безпосередньо використовувати для цифрового виведення та підключити до комп’ютерного інтерфейсу;
(5) Змінюючи довжину оптичного волокна або кількість циклів 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) Його можна використовувати разом з кільцевим лазерним гіроскопом для формування датчиків різних інерціальних навігаційних систем, особливо датчиків безрамкових інерціальних навігаційних систем;
(8) Проста структура, низька ціна, невеликий розмір і легка 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 котушка з оптичного волокна. Двопроменевий тороїдальний інтерферометр, що складається з котушки з багатовитковим одномодовим оптичним волокном, може забезпечити вищу точність і неминуче ускладнить загальну структуру;
Резонансний волоконно-оптичний гіроскоп (R-FOG) є волоконно-оптичним гіроскопом другого покоління. Він використовує кільцевий резонатор для посилення ефекту SAGNAC і циклічне поширення для підвищення точності. Тому він може використовувати коротші волокна. R-FOG потребує використання потужного когерентного джерела світла для посилення резонансного ефекту резонансної порожнини, але сильне когерентне джерело світла також приносить багато паразитних ефектів. Як усунути ці паразитичні ефекти на даний момент є основною технічною перешкодою.
Волоконно-оптичний гіроскоп зі стимульованим розсіюванням Бріллюена (B-FOG), волоконно-оптичний гіроскоп третього покоління є вдосконаленням у порівнянні з двома попередніми поколіннями, і він все ще перебуває на стадії теоретичних досліджень.
За складом оптичної системи: інтегрований оптичний гіроскоп і оптоволоконний гіроскоп.
За будовою: одноосьові та багатоосьові волоконно-оптичні гіроскопи.
By loop type: open loop fiber optic gyroscope and closed loop fiber optic gyroscope.

З моменту появи в 1976 році волоконно-оптичний гіроскоп отримав значний розвиток. Однак волоконно-оптичний гіроскоп все ще має низку технічних проблем, ці проблеми впливають на точність і стабільність волоконно-оптичного гіроскопа і, таким чином, обмежують його широкий спектр застосувань. в основному включає:
(1) Вплив перехідних температур. Теоретично два шляхи зворотного поширення світла в кільцевому інтерферометрі мають однакову довжину, але це суворо справедливо лише тоді, коли система не змінюється з часом. Експерименти показують, що похибка фази та дрейф вимірюваного значення швидкості обертання пропорційні похідній температури за часом. Це дуже шкідливо, особливо в період розминки.
(2) Вплив вібрації. Вібрація також впливає на вимірювання. Необхідно використовувати відповідну упаковку, щоб забезпечити міцність котушки. Внутрішня механічна конструкція має бути дуже розумною, щоб запобігти резонансу.
(3) Вплив поляризації. В даний час найбільш широко використовуваним одномодовим волокном є волокно з подвійною поляризацією. Подвійне променезаломлення волокна призведе до паразитної різниці фаз, тому потрібна поляризаційна фільтрація. Деполяризаційне волокно може пригнічувати поляризацію, але це призведе до збільшення вартості.
З метою підвищення продуктивності верх. Пропонувалися різні рішення. Включаючи вдосконалення компонентів оптоволоконного гіроскопа та вдосконалення методів обробки сигналів.