Волоконно-оптический гироскоп

Волоконно-оптический гироскоп - это волоконный датчик угловой скорости, который является наиболее перспективным среди различных волоконно-оптических датчиков. Волоконно-оптический гироскоп, как и кольцевой лазерный гироскоп, отличается отсутствием механических движущихся частей, отсутствием времени прогрева, нечувствительным ускорением, широким динамическим диапазоном, цифровым выходом и небольшими размерами. Кроме того, волоконно-оптический гироскоп также преодолевает фатальные недостатки кольцевых лазерных гироскопов, такие как высокая стоимость и явление блокировки. Поэтому волоконно-оптические гироскопы ценятся во многих странах. Низкопрецизионные оптоволоконные гироскопы гражданского назначения производятся небольшими партиями в Западной Европе. Предполагается, что в 1994 году продажи волоконно-оптических гироскопов на американском рынке гироскопов достигнут 49%, а кабельный гироскоп займет второе место (на его долю приходится 35% продаж).

Принцип работы волоконно-оптического гироскопа основан на эффекте Саньяка. Эффект Саньяка - это общий связанный эффект распространения света по замкнутому оптическому пути, вращающемуся относительно инерциального пространства, то есть два луча света с равными характеристиками, излучаемые одним и тем же источником света на одном замкнутом оптическом пути, распространяются в противоположных направлениях. . Наконец, слейтесь с той же точкой обнаружения.
Если существует угловая скорость вращения относительно инерционного пространства вокруг оси, перпендикулярной плоскости замкнутого оптического пути, оптический путь, пройденный световыми лучами в прямом и обратном направлениях, будет различным, что приведет к разнице оптических путей, а разность оптических путей пропорциональна угловой скорости вращения. . Следовательно, если известны разность оптических путей и соответствующая информация о разности фаз, можно получить угловую скорость вращения.

По сравнению с электромеханическим гироскопом или лазерным гироскопом, волоконно-оптический гироскоп имеет следующие характеристики:
(1) Небольшое количество деталей, инструмент прочный и устойчивый, обладает высокой устойчивостью к ударам и ускорениям;
(2) Спиральное волокно длиннее, что на несколько порядков улучшает чувствительность обнаружения и разрешение, чем у лазерного гироскопа;
(3) Нет механических частей трансмиссии и нет проблем с износом, поэтому он имеет длительный срок службы;
(4) Легко использовать технологию интегральной оптической схемы, сигнал стабильный, 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 добиться различной точности и широкого динамического диапазона;
(6) Когерентный луч имеет короткое время распространения, поэтому в принципе его можно запустить мгновенно без предварительного нагрева;
(7) Может использоваться вместе с кольцевым лазерным гироскопом для формирования датчиков различных инерциальных навигационных систем, в частности датчиков бесплатных инерциальных навигационных систем;
(8) Простая конструкция, низкая цена, небольшие размеры и легкий вес.

Классификация
По принципу работы:
Интерферометрические волоконно-оптические гироскопы (I-FOG), первое поколение волоконно-оптических гироскопов, в настоящее время наиболее широко используются. В нем используется многовитковая волоконно-оптическая катушка для усиления эффекта SAGNAC. Двухлучевой тороидальный интерферометр, состоящий из многовитковой одномодовой волоконно-оптической катушки, может обеспечить более высокую точность и неизбежно усложнит общую структуру;
Резонансный волоконно-оптический гироскоп (R-FOG) - это волоконно-оптический гироскоп второго поколения. В нем используется кольцевой резонатор для усиления эффекта SAGNAC и циклическое распространение для повышения точности. Следовательно, можно использовать более короткие волокна. R-FOG должен использовать мощный когерентный источник света для усиления резонансного эффекта резонансной полости, но сильный когерентный источник света также вызывает множество паразитных эффектов. Как устранить эти паразитарные эффекты в настоящее время является основным техническим препятствием.
Волоконно-оптический гироскоп с вынужденным рассеянием Бриллюэна (B-FOG), волоконно-оптический гироскоп третьего поколения является усовершенствованием по сравнению с двумя предыдущими поколениями и все еще находится на стадии теоретических исследований.
По составу оптической системы: интегрированный оптический гироскоп и волоконно-оптический гироскоп.
По конструкции: одноосные и многоосные волоконно-оптические гироскопы.
По типу петли: оптоволоконный гироскоп без обратной связи и оптоволоконный гироскоп с обратной связью.

С момента своего появления в 1976 году волоконно-оптический гироскоп получил большое развитие. Однако волоконно-оптический гироскоп по-прежнему имеет ряд технических проблем, которые влияют на точность и стабильность волоконно-оптического гироскопа и, таким образом, ограничивают его широкий спектр приложений. в основном включает:
(1) Влияние температурных переходных процессов. Теоретически два обратных световых пути в кольцевом интерферометре имеют одинаковую длину, но это строго верно только в том случае, если система не изменяется со временем. Эксперименты показывают, что фазовая ошибка и дрейф значения измерения скорости вращения пропорциональны производной по времени от температуры. Это очень вредно, особенно в период разминки.
(2) Влияние вибрации. Вибрация также влияет на измерения. Для обеспечения прочности змеевика необходимо использовать соответствующую упаковку. Внутренняя механическая конструкция должна быть разумной, чтобы предотвратить резонанс.
(3) Влияние поляризации. В настоящее время наиболее широко используемым одномодовым волокном является волокно с двойной поляризацией. Двулучепреломление волокна приводит к паразитной разности фаз, поэтому требуется поляризационная фильтрация. Волокно с деполяризацией может подавить поляризацию, но это приведет к увеличению стоимости.
В целях повышения производительности топ. Предлагались различные решения. В том числе усовершенствование компонентов волоконно-оптического гироскопа и усовершенствование методов обработки сигналов.