Fiberoptisk gyro

Fiberoptisk gyroskop er fibervinkelhastighetssensoren, som er den mest lovende blant ulike fiberoptiske sensorer. Det fiberoptiske gyroskopet, som ringlasergyroskopet, har fordelene av ingen mekaniske bevegelige deler, ingen oppvarmingstid, ufølsom akselerasjon, bredt dynamisk område, digital utgang og liten størrelse. I tillegg overvinner det fiberoptiske gyroskopet også de fatale manglene til ringlasergyroskoper som høye kostnader og blokkeringsfenomen. Derfor er fiberoptiske gyroskoper verdsatt av mange land. Sivile fiberoptiske gyroskoper med lav presisjon er produsert i små partier i Vest-Europa. Det anslås at i 1994 vil salget av fiberoptiske gyroskoper i det amerikanske gyroskopmarkedet nå 49 %, og kabelgyroskopet vil ta andreplassen (som står for 35 % av salget).

Arbeidsprinsippet til det fiberoptiske gyroskopet er basert på Sagnac-effekten. Sagnac-effekten er en generell relatert effekt av lys som forplanter seg i en lukket optisk bane som roterer i forhold til treghetsrom, det vil si at to lysstråler med like egenskaper som sendes ut fra samme lyskilde i samme lukkede optiske bane, forplanter seg i motsatte retninger . Slå til slutt sammen til samme deteksjonspunkt.
Hvis det er en vinkelhastighet for rotasjon i forhold til treghetsrommet rundt aksen vinkelrett på planet til den lukkede optiske banen, er den optiske banen som beveges av lysstrålene i forover- og bakoverretning forskjellig, noe som resulterer i en optisk veiforskjell, og den optiske veiforskjellen er proporsjonal med vinkelhastigheten til rotasjonen. . Derfor, så lenge den optiske veiforskjellen og den tilsvarende faseforskjellsinformasjonen er kjent, kan rotasjonsvinkelhastigheten oppnås.

Sammenlignet med elektromekanisk gyroskop eller lasergyroskop har fiberoptisk gyroskop følgende egenskaper:
(1) Få deler, instrumentet er fast og stabilt, og har sterk motstand mot slag og akselerasjon;
(2) Den kveilede fiberen er lengre, noe som forbedrer deteksjonsfølsomheten og oppløsningen med flere størrelsesordener enn lasergyroskopet;
(3) Det er ingen mekaniske transmisjonsdeler, og det er ingen slitasjeproblem, så den har lang levetid;
(4) Det er enkelt å ta i bruk integrert optisk kretsteknologi, signalet er stabilt, og det kan brukes direkte til digital utgang og kobles til datamaskingrensesnittet;
(5) Ved å endre lengden på den optiske fiberen eller antall sykliske forplantning av lys i spolen, kan forskjellige presisjoner oppnås og et bredt dynamisk område kan oppnås;
(6) Den koherente strålen har en kort forplantningstid, så den kan i prinsippet startes umiddelbart uten forvarming;
(7) Det kan brukes sammen med ringlasergyroskopet for å danne sensorer for forskjellige treghetsnavigasjonssystemer, spesielt sensorene til treghetsnavigasjonssystemer med strap-down;
(8) Enkel struktur, lav pris, liten størrelse og lett vekt.

Klassifisering
I henhold til arbeidsprinsippet:
Interferometriske fiberoptiske gyroskoper (I-FOG), den første generasjonen av fiberoptiske gyroskoper, er for tiden de mest brukte. Den bruker en multi-turn optisk fiberspole for å forbedre SAGNAC-effekten. Et toroidalt interferometer med to stråler sammensatt av en multi-turn single-mode optisk fiberspole kan gi høyere nøyaktighet og vil uunngåelig gjøre den generelle strukturen mer komplisert;
Resonant fiberoptisk gyroskop (R-FOG) er andre generasjons fiberoptiske gyroskop. Den bruker en ringresonator for å forbedre SAGNAC-effekten og syklisk forplantning for å forbedre nøyaktigheten. Derfor kan den bruke kortere fibre. R-FOG må bruke en sterk koherent lyskilde for å forbedre resonanseffekten til resonanshulen, men den sterke koherente lyskilden gir også mange parasittiske effekter. Hvordan eliminere disse parasittiske effektene er for tiden den viktigste tekniske hindringen.
Stimulert Brillouin-spredning fiberoptisk gyroskop (B-FOG), tredje generasjons fiberoptiske gyroskop er en forbedring i forhold til de to foregående generasjonene, og det er fortsatt i det teoretiske forskningsstadiet.
I henhold til sammensetningen av det optiske systemet: integrert optisk type og fiberoptisk gyroskop av helfibertype.
I henhold til strukturen: enkeltakse og flerakse fiberoptiske gyroskoper.
Etter sløyfetype: fiberoptisk gyroskop med åpen sløyfe og fiberoptisk gyroskop med lukket sløyfe.

Siden introduksjonen i 1976 har det fiberoptiske gyroskopet blitt sterkt utviklet. Imidlertid har det fiberoptiske gyroskopet fortsatt en rekke tekniske problemer, disse problemene påvirker nøyaktigheten og stabiliteten til det fiberoptiske gyroskopet, og begrenser dermed dets brede spekter av bruksområder. inkluderer hovedsakelig:
(1) Effekten av temperaturtransienter. Teoretisk sett er de to bakoverforplantende lysbanene i ringinterferometeret like lange, men dette er strengt tatt bare sant når systemet ikke endrer seg med tiden. Eksperimenter viser at fasefeilen og driften av rotasjonshastighetsmåleverdien er proporsjonale med den tidsderiverte av temperaturen. Dette er svært skadelig, spesielt i oppvarmingsperioden.
(2) Påvirkning av vibrasjon. Vibrasjon vil også påvirke målingen. Passende emballasje må brukes for å sikre god stabilitet til spolen. Den interne mekaniske utformingen må være svært rimelig for å forhindre resonans.
(3) Påvirkning av polarisering. I dag er den mest brukte enkeltmodusfiberen en dualpolarisasjonsmodusfiber. Fiberens dobbeltbrytning vil produsere en parasittisk faseforskjell, så polarisasjonsfiltrering er nødvendig. Depolarisasjonsfiber kan undertrykke polarisering, men det vil føre til økte kostnader.
For å forbedre ytelsen til toppen. Ulike løsninger er foreslått. Inkludert forbedring av komponentene i det fiberoptiske gyroskopet, og forbedring av signalbehandlingsmetoder.