Fiberoptisk gyro

Fiberoptiskt gyroskop är fiberns vinkelhastighetssensor, som är den mest lovande bland olika fiberoptiska sensorer. Det fiberoptiska gyroskopet, liksom ringlasergyroskopet, har fördelarna av inga mekaniska rörliga delar, ingen uppvärmningstid, okänslig acceleration, brett dynamiskt område, digital utgång och liten storlek. Dessutom övervinner det fiberoptiska gyroskopet också de fatala bristerna hos ringlasergyroskop, såsom höga kostnader och blockeringsfenomen. Därför värderas fiberoptiska gyroskop av många länder. Civila fiberoptiska gyroskop med låg precision har tillverkats i små serier i Västeuropa. Det uppskattas att 1994 kommer försäljningen av fiberoptiska gyroskop på den amerikanska gyroskopmarknaden att nå 49 %, och kabelgyroskopet kommer att ta andra platsen (som står för 35 % av försäljningen).

Funktionsprincipen för det fiberoptiska gyroskopet är baserad på Sagnac-effekten. Sagnac-effekten är en allmän relaterad effekt av ljus som fortplantar sig i en optisk bana med sluten slinga som roterar i förhållande till tröghetsutrymmet, det vill säga två ljusstrålar med lika egenskaper som emitteras från samma ljuskälla i samma slutna optiska bana utbreder sig i motsatta riktningar . Slå slutligen samman till samma detektionspunkt.
Om det finns en vinkelhastighet för rotation i förhållande till tröghetsutrymmet runt axeln vinkelrät mot den stängda optiska banans plan, är den optiska vägen som färdas av ljusstrålarna i framåt- och bakåtriktningen annorlunda, vilket resulterar i en optisk vägskillnad, och den optiska vägskillnaden är proportionell mot rotationsvinkelhastigheten. . Så länge som den optiska vägskillnaden och motsvarande fasskillnadsinformation är kända, kan därför rotationsvinkelhastigheten erhållas.

Jämfört med elektromekaniskt gyroskop eller lasergyroskop har fiberoptiskt gyroskop följande egenskaper:
(1) Få delar, instrumentet är fast och stabilt och har starkt motstånd mot stötar och acceleration;
(2) Den lindade fibern är längre, vilket förbättrar detekteringskänsligheten och upplösningen med flera storleksordningar än lasergyroskopets;
(3) Det finns inga mekaniska transmissionsdelar, och det finns inget slitageproblem, så det har en lång livslängd;
(4) Det är lätt att använda integrerad optisk kretsteknik, signalen är stabil och den kan användas direkt för digital utgång och kopplas till datorgränssnittet;
(5) Genom att ändra längden på den optiska fibern eller antalet cykliska utbredning av ljus i spolen kan olika precisioner uppnås och ett brett dynamiskt område kan uppnås;
(6) Den koherenta strålen har en kort utbredningstid, så den kan i princip startas omedelbart utan förvärmning;
(7) Det kan användas tillsammans med ringlasergyroskopet för att bilda sensorer för olika tröghetsnavigeringssystem, speciellt sensorerna i tröghetsnavigeringssystem med fast remmar;
(8) Enkel struktur, lågt pris, liten storlek och lätt vikt.

Klassificering
Enligt arbetsprincipen:
Interferometriska fiberoptiska gyroskop (I-FOG), den första generationen av fiberoptiska gyroskop, är för närvarande de mest använda. Den använder en optisk fiberspole med flera varv för att förstärka SAGNAC-effekten. En dubbelstråle toroidal interferometer som består av en multi-turn single-mode optisk fiberspole kan ge högre noggrannhet och kommer oundvikligen att göra den övergripande strukturen mer komplicerad;
Resonant fiberoptiskt gyroskop (R-FOG) är andra generationens fiberoptiska gyroskop. Den använder en ringresonator för att förbättra SAGNAC-effekten och cyklisk utbredning för att förbättra noggrannheten. Därför kan den använda kortare fibrer. R-FOG behöver använda en stark koherent ljuskälla för att förstärka resonanseffekten av resonanshålrummet, men den starka koherenta ljuskällan ger också många parasiteffekter. Hur man eliminerar dessa parasitiska effekter är för närvarande det största tekniska hindret.
Stimulerat Brillouin-spridningsfiberoptiskt gyroskop (B-FOG), tredje generationens fiberoptiska gyroskop är en förbättring jämfört med de två föregående generationerna, och det är fortfarande i det teoretiska forskningsstadiet.
Enligt sammansättningen av det optiska systemet: integrerat optisk typ och fiberoptiskt gyroskop av helfibertyp.
Enligt strukturen: enaxliga och fleraxliga fiberoptiska gyroskop.
Efter slingtyp: fiberoptiskt gyroskop med öppen slinga och fiberoptiskt gyroskop med sluten slinga.

Sedan introduktionen 1976 har det fiberoptiska gyroskopet utvecklats kraftigt. Det fiberoptiska gyroskopet har dock fortfarande en rad tekniska problem, dessa problem påverkar det fiberoptiska gyroskopets noggrannhet och stabilitet och begränsar därmed dess breda användningsområde. omfattar huvudsakligen:
(1) Effekten av temperaturtransienter. Teoretiskt sett är de två bakåtriktade ljusbanorna i ringinterferometern lika långa, men detta är strikt sant endast när systemet inte förändras med tiden. Experiment visar att fasfelet och driften av rotationshastighetsmätvärdet är proportionella mot tidsderivatan av temperaturen. Detta är mycket skadligt, särskilt under uppvärmningsperioden.
(2) Inverkan av vibrationer. Vibrationer kommer också att påverka mätningen. Lämplig förpackning måste användas för att säkerställa god stabilitet hos spolen. Den interna mekaniska designen måste vara mycket rimlig för att förhindra resonans.
(3) Inverkan av polarisering. Nuförtiden är den mest använda singelmodsfibern en fiber med dubbelpolarisering. Fiberns dubbelbrytning kommer att producera en parasitisk fasskillnad, så polarisationsfiltrering krävs. Depolarisationsfiber kan undertrycka polarisering, men det kommer att leda till en kostnadsökning.
För att förbättra toppens prestanda. Olika lösningar har föreslagits. Inklusive förbättring av komponenterna i det fiberoptiska gyroskopet och förbättring av signalbehandlingsmetoder.