Kuituoptinen gyro

Kuituoptinen gyroskooppi on kuidun kulmanopeussensori, joka on lupaavin erilaisten kuituoptisten antureiden joukossa. Kuituoptisen gyroskoopin, kuten rengaslasergyroskoopin, etuna ei ole mekaanisia liikkuvia osia, ei lämpenemisaikaa, herkkä kiihtyvyys, laaja dynaaminen alue, digitaalinen lähtö ja pieni koko. Lisäksi kuituoptinen gyroskooppi voittaa myös rengaslasergyroskooppien kohtalokkaat puutteet, kuten korkeat kustannukset ja estoilmiön. Siksi monet maat arvostavat kuituoptisia gyroskooppeja. Matalatarkkoja siviilikäyttöisiä valokuitugyroskooppeja on valmistettu pienissä erissä Länsi-Euroopassa. Arvioidaan, että vuonna 1994 kuituoptisten gyroskooppien myynnin Amerikan gyroskooppimarkkinoilla on 49 %, ja kaapeligyroskooppi on toisella sijalla (35 % myynnistä).

Kuituoptisen gyroskoopin toimintaperiaate perustuu Sagnac-efektiin. Sagnac-ilmiö on valon yleisvaikutus, joka etenee suljetun silmukan optisella reitillä, joka pyörii suhteessa inertiaavaruuteen, eli kaksi valonsädettä, joilla on samat ominaisuudet, jotka lähtevät samasta valonlähteestä samalla suljetulla optisella tiellä etenevät vastakkaisiin suuntiin. . Yhdistä lopuksi samaan tunnistuspisteeseen.
Jos suljetun optisen polun tasoon nähden kohtisuorassa olevan akselin ympärillä on pyörimiskulmanopeus suhteessa inertiaavaruuteen, valonsäteiden kulkema optinen reitti eteen- ja taaksepäin on erilainen, mikä johtaa optiseen reittieroon, ja optisen polun ero on verrannollinen pyörimisen kulmanopeuteen. . Siksi niin kauan kuin optisen polun ero ja vastaava vaihe-erotieto tunnetaan, voidaan saada pyörimiskulmanopeus.

Verrattuna sähkömekaaniseen gyroskooppiin tai lasergyroskooppiin kuituoptisella gyroskoopilla on seuraavat ominaisuudet:
(1) Muutamia osia, instrumentti on kiinteä ja vakaa, ja sillä on vahva iskun- ja kiihtyvyydenkestävyys;
(2) Kierretty kuitu on pidempi, mikä parantaa tunnistusherkkyyttä ja resoluutiota useilla suuruusluokilla kuin lasergyroskoopin;
(3) Mekaanisia voimansiirtoosia ei ole, eikä kulumisongelmia ole, joten sillä on pitkä käyttöikä;
(4) Integroitu optinen piiritekniikka on helppo ottaa käyttöön, signaali on vakaa ja sitä voidaan käyttää suoraan digitaaliseen ulostuloon ja liittää tietokoneliitäntään;
(5) Muuttamalla optisen kuidun pituutta tai valon syklisen etenemisen määrää kelassa voidaan saavuttaa erilaisia ​​tarkkuutta ja saavuttaa laaja dynaaminen alue;
(6) Koherentilla säteellä on lyhyt etenemisaika, joten periaatteessa se voidaan käynnistää välittömästi ilman esilämmitystä;
(7) Sitä voidaan käyttää yhdessä rengaslasergyroskoopin kanssa muodostamaan antureita erilaisista inertianavigointijärjestelmistä, erityisesti hihna-inertianavigointijärjestelmien antureita;
(8) Yksinkertainen rakenne, alhainen hinta, pieni koko ja kevyt paino.

Luokitus
Toimintaperiaatteen mukaan:
Interferometriset kuituoptiset gyroskoopit (I-FOG), ensimmäisen sukupolven kuituoptiset gyroskoopit, ovat tällä hetkellä laajimmin käytettyjä. Se käyttää monikierrosta optista kuitukelaa SAGNAC-efektin parantamiseksi. Kaksisäteinen toroidinen interferometri, joka koostuu monikierroksisesta yksimuotoisesta optisesta kuitukelasta, voi tarjota suuremman tarkkuuden ja tekee väistämättä kokonaisrakenteesta monimutkaisemman;
Resonoiva kuituoptinen gyroskooppi (R-FOG) on toisen sukupolven kuituoptinen gyroskooppi. Se käyttää rengasresonaattoria SAGNAC-efektin parantamiseen ja syklistä etenemistä tarkkuuden parantamiseksi. Siksi se voi käyttää lyhyempiä kuituja. R-FOG:n on käytettävä vahvaa koherenttia valonlähdettä tehostaakseen resonanssiontelon resonanssivaikutusta, mutta vahva koherentti valonlähde tuo myös monia loisvaikutuksia. Näiden loisvaikutusten poistaminen on tällä hetkellä suurin tekninen este.
Stimulated Brillouin Scattering Fiber Optic Gyroscope (B-FOG), kolmannen sukupolven kuituoptinen gyroskooppi on parannus kahteen edelliseen sukupolveen, ja se on edelleen teoreettisessa tutkimusvaiheessa.
Optisen järjestelmän koostumuksen mukaan: integroitu optinen tyyppi ja kuitutyyppinen kuituoptinen gyroskooppi.
Rakenteen mukaan: yksiakseliset ja moniakseliset kuituoptiset gyroskoopit.
Silmukan tyypin mukaan: avoimen silmukan kuituoptinen gyroskooppi ja suljetun silmukan kuituoptinen gyroskooppi.

Kuituoptista gyroskooppia on kehitetty suuresti sen käyttöönoton jälkeen vuonna 1976. Kuituoptisessa gyroskoopissa on kuitenkin edelleen joukko teknisiä ongelmia, jotka vaikuttavat kuituoptisen gyroskoopin tarkkuuteen ja vakauteen ja rajoittavat siten sen laajaa käyttöaluetta. sisältää pääasiassa:
(1) Lämpötilatransienttien vaikutus. Teoreettisesti kaksi taaksepäin etenevää valopolkua rengasinterferometrissä ovat yhtä pitkiä, mutta tämä on ehdottomasti totta vain silloin, kun järjestelmä ei muutu ajan myötä. Kokeet osoittavat, että vaihevirhe ja pyörimisnopeuden mittausarvon poikkeama ovat verrannollisia lämpötilan aikaderivaataan. Tämä on erittäin haitallista, etenkin lämpenemisjakson aikana.
(2) Värähtelyn vaikutus. Myös tärinä vaikuttaa mittaukseen. Asianmukaista pakkausta on käytettävä kelan hyvän lujuuden varmistamiseksi. Sisäisen mekaanisen rakenteen on oltava erittäin kohtuullinen resonanssin estämiseksi.
(3) Polarisaatiovaikutus. Nykyään yleisimmin käytetty yksimuotokuitu on kaksoispolarisaatiomoodikuitu. Kuidun kahtaistaitteisuus tuottaa loisfaasi-eron, joten polarisaatiosuodatus tarvitaan. Depolarisaatiokuitu voi tukahduttaa polarisaatiota, mutta se johtaa kustannusten nousuun.
Suorituksen parantamiseksi alkuun. Erilaisia ​​ratkaisuja on ehdotettu. Mukaan lukien kuituoptisen gyroskoopin komponenttien parantaminen ja signaalinkäsittelymenetelmien parantaminen.