Волоконно-оптический гироскоп

Волоконно-оптический гироскоп представляет собой волоконный датчик угловой скорости, который является наиболее перспективным среди различных волоконно-оптических датчиков. Волоконно-оптический гироскоп, как и кольцевой лазерный гироскоп, имеет такие преимущества, как отсутствие механических движущихся частей, отсутствие времени на разогрев, нечувствительное ускорение, широкий динамический диапазон, цифровой выход и небольшой размер. Кроме того, оптоволоконный гироскоп также преодолевает фатальные недостатки кольцевых лазерных гироскопов, такие как высокая стоимость и явление блокировки. Поэтому волоконно-оптические гироскопы ценятся во многих странах. Низкоточные гражданские оптоволоконные гироскопы производятся небольшими партиями в Западной Европе. Предполагается, что в 1994 г. продажи оптоволоконных гироскопов на американском рынке гироскопов достигнут 49%, а кабельные гироскопы займут второе место (на их долю придется 35% продаж).

Принцип работы оптоволоконного гироскопа основан на эффекте Саньяка. Эффект Саньяка - это общий родственный эффект света, распространяющегося по замкнутому оптическому пути, вращающемуся относительно инерциального пространства, то есть два луча света с одинаковыми характеристиками, испускаемые одним и тем же источником света по одному и тому же замкнутому оптическому пути, распространяются в противоположных направлениях. . Наконец, слияние с одной и той же точкой обнаружения.
Если существует угловая скорость вращения относительно инерционного пространства вокруг оси, перпендикулярной плоскости замкнутого оптического пути, то оптический путь, пройденный лучами света в прямом и обратном направлениях, различен, что приводит к разности оптических путей, а оптическая разность хода пропорциональна угловой скорости вращения. . Следовательно, пока известны оптическая разность путей и соответствующая информация о разности фаз, можно получить угловую скорость вращения.

По сравнению с электромеханическим или лазерным гироскопом оптоволоконный гироскоп имеет следующие характеристики:
(1) Мало деталей, инструмент прочный и стабильный, устойчив к ударам и ускорению;
(2) Спиральное волокно длиннее, что повышает чувствительность и разрешение обнаружения на несколько порядков, чем у лазерного гироскопа;
(3) Нет механических деталей трансмиссии и нет проблем с износом, поэтому он имеет длительный срок службы;
(4) Легко использовать технологию интегрированных оптических схем, сигнал стабилен, его можно напрямую использовать для цифрового вывода и подключать к компьютерному интерфейсу;
(5) Изменяя длину оптического волокна или количество циклов распространения света в катушке, можно достичь различной точности и широкого динамического диапазона;
(6) Когерентный пучок имеет малое время распространения, поэтому в принципе его можно запустить мгновенно, без предварительного нагрева;
(7) Может использоваться совместно с кольцевым лазерным гироскопом для формирования датчиков различных инерциальных навигационных систем, особенно датчиков бесплатформенных инерциальных навигационных систем;
(8) Простая конструкция, низкая цена, небольшой размер и легкий вес.

Классификация
По принципу работы:
Интерферометрические волоконно-оптические гироскопы (I-FOG), первое поколение волоконно-оптических гироскопов, в настоящее время получили наиболее широкое распространение. В нем используется многовитковая катушка из оптоволокна для усиления эффекта SAGNAC. Двухлучевой тороидальный интерферометр, состоящий из многовитковой катушки одномодового оптоволокна, может обеспечить более высокую точность и неизбежно усложнит общую структуру;
Резонансный волоконно-оптический гироскоп (R-FOG) — волоконно-оптический гироскоп второго поколения. Он использует кольцевой резонатор для усиления эффекта САНЬЯК и циклическое распространение для повышения точности. Следовательно, он может использовать более короткие волокна. R-FOG должен использовать сильный источник когерентного света для усиления резонансного эффекта резонансной полости, но сильный источник когерентного света также вызывает множество паразитных эффектов. Как устранить эти паразитные эффекты, в настоящее время является основным техническим препятствием.
Волоконно-оптический гироскоп вынужденного рассеяния Бриллюэна (B-FOG), волоконно-оптический гироскоп третьего поколения, представляет собой усовершенствование по сравнению с двумя предыдущими поколениями и все еще находится на стадии теоретических исследований.
По составу оптической системы: интегральный оптический тип и волоконно-оптический гироскоп цельноволоконного типа.
По конструкции: одноосные и многоосные волоконно-оптические гироскопы.
По типу петли: оптоволоконный гироскоп с разомкнутым контуром и оптоволоконный гироскоп с замкнутым контуром.

С момента своего появления в 1976 году оптоволоконный гироскоп претерпел значительные изменения. Однако волоконно-оптический гироскоп все еще имеет ряд технических проблем, эти проблемы влияют на точность и стабильность волоконно-оптического гироскопа и, таким образом, ограничивают его широкий спектр применения. в основном включает в себя:
(1) Влияние температурных переходных процессов. Теоретически два пути обратного распространения света в кольцевом интерферометре имеют одинаковую длину, но это строго верно только тогда, когда система не меняется со временем. Эксперименты показывают, что фазовая ошибка и дрейф значения измерения скорости вращения пропорциональны производной температуры по времени. Это очень вредно, особенно в период разминки.
(2) Влияние вибрации. Вибрация также повлияет на измерения. Для обеспечения хорошей прочности катушки необходимо использовать соответствующую упаковку. Внутренняя механическая конструкция должна быть очень разумной, чтобы предотвратить резонанс.
(3) Влияние поляризации. В настоящее время наиболее широко используемым одномодовым волокном является волокно с двойной поляризацией. Двойное лучепреломление волокна создаст паразитную разность фаз, поэтому необходима поляризационная фильтрация. Деполяризационное волокно способно подавить поляризацию, но это приведет к увеличению стоимости.
Для того, чтобы улучшить производительность сверху. Были предложены различные решения. В том числе совершенствование компонентов оптоволоконного гироскопа, а также совершенствование методов обработки сигналов.