Száloptikai giroszkóp

A száloptikai giroszkóp a szálas szögsebesség-érzékelő, amely a legígéretesebb a különféle optikai érzékelők közül. A száloptikai giroszkóp a gyűrűs lézeres giroszkóphoz hasonlóan előnye, hogy nincsenek mechanikus mozgó alkatrészek, nincs felmelegedési idő, érzéketlen gyorsulás, széles dinamikatartomány, digitális kimenet és kis méret. Ezenkívül az optikai giroszkóp a gyűrűs lézergiroszkópok végzetes hiányosságait is legyőzi, mint például a magas költségek és a blokkoló jelenség. Ezért az optikai giroszkópokat sok országban értékelik. Az alacsony pontosságú polgári száloptikai giroszkópokat kis tételekben gyártották Nyugat-Európában. Becslések szerint 1994-ben a száloptikás giroszkópok eladása az amerikai giroszkóppiacon eléri a 49%-ot, a kábelgiroszkóp pedig a második helyet foglalja el (az eladások 35%-át teszi ki).

A száloptikai giroszkóp működési elve a Sagnac hatáson alapul. A Sagnac-effektus a tehetetlenségi térhez képest forgó, zárt hurkú optikai úton terjedő fény általános kapcsolódó hatása, azaz két azonos tulajdonságú, azonos fényforrásból kibocsátott, azonos zárt optikai úton lévő fénysugár ellentétes irányban terjed. . Végül egyesítse ugyanazt az észlelési pontot.
Ha a zárt optikai út síkjára merőleges tengely körül a tehetetlenségi térhez viszonyított forgási szögsebesség van, akkor a fénysugarak által előre és hátrafelé haladó optikai út eltérő, ami optikai útkülönbséget eredményez, és az optikai útkülönbség arányos a forgási szögsebességgel. . Ezért mindaddig, amíg az optikai útkülönbség és a megfelelő fáziskülönbség információ ismeretes, a forgási szögsebesség megkapható.

Az elektromechanikus giroszkóppal vagy lézergiroszkóppal összehasonlítva a száloptikai giroszkóp a következő jellemzőkkel rendelkezik:
(1) Kevés alkatrész, a műszer szilárd és stabil, és erős ütésállósággal és gyorsulással szemben;
(2) A tekercselt szál hosszabb, ami több nagyságrenddel javítja az érzékelési érzékenységet és a felbontást, mint a lézergiroszkópé;
(3) Nincsenek mechanikus sebességváltó-alkatrészek, és nincs kopási probléma, ezért hosszú élettartamú;
(4) Könnyen alkalmazható az integrált optikai áramkör technológia, a jel stabil, közvetlenül használható digitális kimenetre és csatlakoztatható a számítógépes interfészhez;
(5) Az optikai szál hosszának vagy a fény tekercsben való ciklikus terjedésének megváltoztatásával különböző pontosság érhető el, és széles dinamikatartomány érhető el;
(6) A koherens nyaláb rövid terjedési idővel rendelkezik, így elvileg előmelegítés nélkül azonnal indítható;
(7) Használható a gyűrűs lézergiroszkóppal együtt különféle inerciális navigációs rendszerek érzékelőinek kialakítására, különösen a lecsatolható inerciális navigációs rendszerek érzékelőire;
(8) Egyszerű szerkezet, alacsony ár, kis méret és könnyű súly.

Osztályozás
A működési elv szerint:
Az interferometrikus száloptikai giroszkópok (I-FOG), a száloptikai giroszkópok első generációja jelenleg a legszélesebb körben használtak. Többmenetes optikai szál tekercset használ a SAGNAC hatás fokozására. A többfordulatú, egymódusú optikai száltekercsből álló kétsugaras toroid interferométer nagyobb pontosságot biztosíthat, és elkerülhetetlenül bonyolultabbá teszi az általános szerkezetet;
A Rezonáns száloptikai giroszkóp (R-FOG) a második generációs száloptikai giroszkóp. Gyűrűs rezonátort használ a SAGNAC hatás fokozására, a ciklikus terjedést pedig a pontosság javítására. Ezért rövidebb szálakat is használhat. Az R-FOG-nak erős koherens fényforrást kell használnia a rezonáns üreg rezonanciahatásának fokozása érdekében, de az erős koherens fényforrás számos parazita hatást is hoz. Ezeknek a parazita hatásoknak a kiküszöbölése jelenleg a fő technikai akadály.
A Stimulated Brillouin Scattering Fiber Optic Giroscope (B-FOG), a harmadik generációs száloptikai giroszkóp előrelépést jelent az előző két generációhoz képest, és még az elméleti kutatási szakaszban van.
Az optikai rendszer összetétele szerint: integrált optikai típusú és teljes szálas száloptikai giroszkóp.
Felépítés szerint: egytengelyes és többtengelyes száloptikai giroszkópok.
Hurok típusa szerint: nyitott hurkú száloptikai giroszkóp és zárt hurkú száloptikai giroszkóp.

1976-os bevezetése óta a száloptikai giroszkóp nagymértékben fejlődött. Az optikai giroszkópnak azonban továbbra is számos műszaki problémája van, ezek a problémák befolyásolják a száloptikai giroszkóp pontosságát és stabilitását, így korlátozzák széleskörű alkalmazási körét. főleg tartalmazza:
(1) A hőmérsékleti tranziensek hatása. Elméletileg a gyűrűinterferométerben a két visszaterjedő fényút egyenlő hosszú, de ez szigorúan csak akkor igaz, ha a rendszer nem változik az idő múlásával. A kísérletek azt mutatják, hogy a fázishiba és a forgási sebesség mérési értékének eltolódása arányos a hőmérséklet időbeli deriváltjával. Ez nagyon káros, különösen a bemelegítési időszakban.
(2) A rezgés hatása. A vibráció is befolyásolja a mérést. A tekercs jó szilárdságának biztosítása érdekében megfelelő csomagolást kell használni. A belső mechanikai kialakításnak nagyon ésszerűnek kell lennie a rezonancia elkerülése érdekében.
(3) A polarizáció hatása. Napjainkban a legszélesebb körben használt egymódusú szál a kettős polarizációs módú szál. A szál kettős törése parazita fáziskülönbséget eredményez, ezért polarizációs szűrésre van szükség. A depolarizációs szál elnyomhatja a polarizációt, de ez a költségek növekedéséhez vezet.
A felső teljesítményének javítása érdekében. Különféle megoldásokat javasoltak. Ide tartozik az optikai giroszkóp alkatrészeinek fejlesztése, a jelfeldolgozási módszerek fejlesztése.