Gyro z optických vlákien

Optický gyroskop je senzor uhlovej rýchlosti vlákna, ktorý je najsľubnejším medzi rôznymi senzormi z optických vlákien. Gyroskop s optickými vláknami, podobne ako prstencový laserový gyroskop, má výhody bez mechanických pohyblivých častí, bez času zahrievania, necitlivého zrýchlenia, širokého dynamického rozsahu, digitálneho výstupu a malej veľkosti. Okrem toho gyroskop z optických vlákien tiež prekonáva fatálne nedostatky prstencových laserových gyroskopov, ako je vysoká cena a jav blokovania. Preto sú gyroskopy z optických vlákien cenené mnohými krajinami. Nízko presné civilné gyroskopy z optických vlákien boli vyrábané v malých sériách v západnej Európe. Odhaduje sa, že v roku 1994 predaj gyroskopov z optických vlákien na americkom trhu gyroskopov dosiahne 49% a káblové gyroskopy budú na druhom mieste (tvoria 35% predaja).

Princíp činnosti gyroskopu z optických vlákien je založený na Sagnacovom efekte. Sagnacov efekt je všeobecný súvisiaci efekt svetla šíriaceho sa v uzavretej optickej dráhe rotujúcej vzhľadom na inerciálny priestor, to znamená, že dva lúče svetla s rovnakými charakteristikami vyžarované z rovnakého svetelného zdroja v rovnakej uzavretej optickej dráhe sa šíria v opačných smeroch. . Nakoniec sa spojte do rovnakého detekčného bodu.
Ak existuje uhlová rýchlosť rotácie vzhľadom k inerciálnemu priestoru okolo osi kolmej na rovinu uzavretej optickej dráhy, optická dráha, ktorou prechádzajú svetelné lúče v doprednom a spätnom smere, je odlišná, čo vedie k rozdielu optickej dráhy, a rozdiel optickej dráhy je úmerný uhlovej rýchlosti otáčania. . Preto, pokiaľ sú známy rozdiel optickej dráhy a zodpovedajúce informácie o fázovom rozdiele, možno získať uhlovú rýchlosť otáčania.

V porovnaní s elektromechanickým gyroskopom alebo laserovým gyroskopom má gyroskop s optickými vláknami nasledujúce vlastnosti:
(1) Málo častí, nástroj je pevný a stabilný a má silnú odolnosť voči nárazu a zrýchleniu;
(2) Stočené vlákno je dlhšie, čo zlepšuje citlivosť detekcie a rozlíšenie o niekoľko rádov ako laserový gyroskop;
(3) Neexistujú žiadne časti mechanického prevodu a nie je problém s opotrebovaním, takže má dlhú životnosť;
(4) Je ľahké prijať technológiu integrovaných optických obvodov, signál je stabilný a môže byť priamo použitý na digitálny výstup a pripojený k počítačovému rozhraniu;
(5) Zmenou dĺžky optického vlákna alebo počtu cyklických šírení svetla v cievke možno dosiahnuť rôzne presnosti a široký dynamický rozsah;
(6) Koherentný lúč má krátky čas šírenia, takže v zásade môže byť spustený okamžite bez predhrievania;
(7) Môže sa použiť spolu s prstencovým laserovým gyroskopom na vytváranie snímačov rôznych inerciálnych navigačných systémov, najmä snímačov páskových inerciálnych navigačných systémov;
(8) Jednoduchá štruktúra, nízka cena, malá veľkosť a nízka hmotnosť.

Klasifikácia
Podľa princípu práce:
V súčasnosti sú najpoužívanejšie interferometrické gyroskopy z optických vlákien (I-FOG), prvá generácia gyroskopov z optických vlákien. Používa viacotáčkovú cievku z optického vlákna na zvýšenie efektu SAGNAC. Dvojlúčový toroidný interferometer zložený z viacotáčkovej jednovidovej cievky optického vlákna môže poskytnúť vyššiu presnosť a nevyhnutne skomplikuje celkovú štruktúru;
Rezonančný gyroskop z optických vlákien (R-FOG) je druhá generácia gyroskopu z optických vlákien. Používa prstencový rezonátor na zvýšenie efektu SAGNAC a cyklické šírenie na zlepšenie presnosti. Preto môže použiť kratšie vlákna. R-FOG potrebuje použiť silný koherentný svetelný zdroj na zvýšenie rezonančného efektu rezonančnej dutiny, ale silný koherentný svetelný zdroj prináša aj mnohé parazitné efekty. Ako eliminovať tieto parazitné vplyvy je v súčasnosti hlavnou technickou prekážkou.
Stimulovaný gyroskop s optickými vláknami Brillouin Scattering (B-FOG), gyroskop z optických vlákien tretej generácie je vylepšením oproti predchádzajúcim dvom generáciám a je stále v štádiu teoretického výskumu.
Podľa zloženia optického systému: integrovaný optický typ a celovláknový optický gyroskop.
Podľa štruktúry: jednoosové a viacosové gyroskopy z optických vlákien.
Podľa typu slučky: gyroskop z optických vlákien s otvorenou slučkou a gyroskop z optických vlákien s uzavretou slučkou.

Od svojho uvedenia na trh v roku 1976 bol gyroskop s optickými vláknami značne vyvinutý. Avšak gyroskop s optickými vláknami má stále rad technických problémov, tieto problémy ovplyvňujú presnosť a stabilitu gyroskopu s optickými vláknami, a tým obmedzujú jeho široké možnosti použitia. zahŕňa hlavne:
(1) Vplyv teplotných prechodov. Teoreticky majú dve spätne sa šíriace svetelné dráhy v prstencovom interferometri rovnakú dĺžku, ale to platí len vtedy, keď sa systém nemení s časom. Experimenty ukazujú, že fázová chyba a drift nameranej hodnoty rýchlosti otáčania sú úmerné časovej derivácii teploty. To je veľmi škodlivé, najmä v období zahrievania.
(2) Vplyv vibrácií. Na meranie budú mať vplyv aj vibrácie. Na zabezpečenie dobrej odolnosti cievky sa musí použiť vhodný obal. Vnútorná mechanická konštrukcia musí byť veľmi rozumná, aby sa zabránilo rezonancii.
(3) Vplyv polarizácie. V súčasnosti je najpoužívanejším jednovidovým vláknom vlákno s dvojitou polarizáciou. Dvojlom vlákna spôsobí parazitný fázový rozdiel, takže je potrebná polarizačná filtrácia. Depolarizačné vlákno môže potlačiť polarizáciu, ale povedie to k zvýšeniu nákladov.
S cieľom zlepšiť výkon top. Boli navrhnuté rôzne riešenia. Vrátane vylepšenia komponentov gyroskopu z optických vlákien a zlepšenia metód spracovania signálu.