Fiberoptisk gyro

Fiberoptisk gyroskop er fibervinkelhastighedssensoren, som er den mest lovende blandt forskellige fiberoptiske sensorer. Det fiberoptiske gyroskop har ligesom ringlasergyroskopet fordelene ved ingen mekaniske bevægelige dele, ingen opvarmningstid, ufølsom acceleration, bredt dynamisk område, digitalt output og lille størrelse. Derudover overvinder det fiberoptiske gyroskop også de fatale mangler ved ringlasergyroskoper, såsom høje omkostninger og blokeringsfænomener. Derfor er fiberoptiske gyroskoper værdsat af mange lande. Civile fiberoptiske gyroskoper med lav præcision er blevet produceret i små partier i Vesteuropa. Det anslås, at salget af fiberoptiske gyroskoper på det amerikanske gyroskopmarked i 1994 vil nå op på 49%, og kabelgyroskopet vil indtage andenpladsen (der står for 35% af salget).

Funktionsprincippet for det fiberoptiske gyroskop er baseret på Sagnac-effekten. Sagnac-effekten er en generel relateret effekt af lys, der forplanter sig i en optisk bane med lukket sløjfe, der roterer i forhold til inertialrummet, det vil sige, at to lysstråler med lige karakteristika udsendt fra den samme lyskilde i den samme lukkede optiske bane udbreder sig i modsatte retninger . Til sidst flettes til det samme detektionspunkt.
Hvis der er en rotationsvinkelhastighed i forhold til inertialrummet omkring aksen vinkelret på den lukkede optiske banes plan, er den optiske bane, som lysstrålerne bevæger sig i fremadgående og tilbagegående retning, forskellig, hvilket resulterer i en optisk vejforskel, og den optiske vejforskel er proportional med rotationsvinkelhastigheden. . Så længe den optiske vejforskel og den tilsvarende faseforskelinformation er kendt, kan rotationsvinkelhastigheden derfor opnås.

Sammenlignet med elektromekanisk gyroskop eller lasergyroskop har fiberoptisk gyroskop følgende egenskaber:
(1) Få dele, instrumentet er fast og stabilt og har stærk modstand mod stød og acceleration;
(2) Den oprullede fiber er længere, hvilket forbedrer detektionsfølsomheden og opløsningen med flere størrelsesordener end lasergyroskopets;
(3) Der er ingen mekaniske transmissionsdele, og der er intet slidproblem, så det har en lang levetid;
(4) Det er let at anvende integreret optisk kredsløbsteknologi, signalet er stabilt, og det kan bruges direkte til digital output og forbindes med computergrænsefladen;
(5) Ved at ændre længden af ​​den optiske fiber eller antallet af cyklisk udbredelse af lys i spolen, kan forskellige præcisioner opnås og et bredt dynamisk område kan opnås;
(6) Den sammenhængende stråle har en kort udbredelsestid, så den kan i princippet startes øjeblikkeligt uden forvarmning;
(7) Det kan bruges sammen med ringlasergyroskopet til at danne sensorer til forskellige inerti-navigationssystemer, især sensorerne i strap-down inerti-navigationssystemer;
(8) Enkel struktur, lav pris, lille størrelse og let vægt.

Klassifikation
Efter arbejdsprincippet:
Interferometriske fiberoptiske gyroskoper (I-FOG), den første generation af fiberoptiske gyroskoper, er i øjeblikket de mest udbredte. Den bruger en multi-turn optisk fiberspole for at forbedre SAGNAC-effekten. Et toroidalt interferometer med to stråler sammensat af en multi-turn single-mode optisk fiberspole kan give højere nøjagtighed og vil uundgåeligt gøre den overordnede struktur mere kompliceret;
Resonant fiberoptisk gyroskop (R-FOG) er andengenerations fiberoptisk gyroskop. Den bruger en ringresonator til at forbedre SAGNAC-effekten og cyklisk udbredelse for at forbedre nøjagtigheden. Derfor kan den bruge kortere fibre. R-FOG skal bruge en stærk sammenhængende lyskilde for at forbedre resonanseffekten af ​​resonanshulrummet, men den stærke sammenhængende lyskilde medfører også mange parasitiske effekter. Hvordan man kan eliminere disse parasitiske virkninger er i øjeblikket den største tekniske hindring.
Stimuleret Brillouin-spredning fiberoptisk gyroskop (B-FOG), tredje generation af fiberoptisk gyroskop er en forbedring i forhold til de foregående to generationer, og det er stadig i den teoretiske forskningsstadie.
Ifølge sammensætningen af ​​det optiske system: integreret optisk type og fiberoptisk gyroskop af fibertype.
Ifølge strukturen: enkeltaksede og fleraksede fiberoptiske gyroskoper.
Efter sløjfetype: åbent sløjfe fiberoptisk gyroskop og lukket sløjfe fiberoptisk gyroskop.

Siden introduktionen i 1976 er det fiberoptiske gyroskop blevet stærkt udviklet. Det fiberoptiske gyroskop har dog stadig en række tekniske problemer, disse problemer påvirker nøjagtigheden og stabiliteten af ​​det fiberoptiske gyroskop og begrænser dermed dets brede vifte af anvendelser. omfatter hovedsageligt:
(1) Effekten af ​​temperaturtransienter. Teoretisk set er de to tilbage-udbredende lysbaner i ringinterferometeret lige lange, men dette er strengt taget kun sandt, når systemet ikke ændrer sig med tiden. Eksperimenter viser, at fasefejlen og driften af ​​rotationshastighedsmåleværdien er proportional med den tidsafledte temperatur. Dette er meget skadeligt, især i opvarmningsperioden.
(2) Påvirkning af vibrationer. Vibrationer vil også påvirke målingen. Der skal anvendes passende emballage for at sikre god robusthed af spolen. Det indre mekaniske design skal være meget rimeligt for at forhindre resonans.
(3) Indflydelsen af ​​polarisering. I dag er den mest udbredte single-mode fiber en dual-polarization mode fiber. Fiberens dobbeltbrydning vil producere en parasitisk faseforskel, så polarisationsfiltrering er påkrævet. Depolariseringsfiber kan undertrykke polarisering, men det vil føre til en stigning i omkostningerne.
For at forbedre ydeevnen af ​​toppen. Forskellige løsninger er blevet foreslået. Herunder forbedring af komponenterne i det fiberoptiske gyroskop og forbedring af signalbehandlingsmetoder.