Γυροσκοπικό οπτικών ινών

Το γυροσκόπιο οπτικών ινών είναι ο αισθητήρας γωνιακής ταχύτητας ινών, ο οποίος είναι ο πιο πολλά υποσχόμενος μεταξύ των διαφόρων αισθητήρων οπτικών ινών. Το γυροσκόπιο οπτικών ινών, όπως το γυροσκόπιο δακτυλίου λέιζερ, έχει τα πλεονεκτήματα ότι δεν υπάρχουν μηχανικά κινούμενα μέρη, χωρίς χρόνο προθέρμανσης, μη ευαίσθητη επιτάχυνση, μεγάλο δυναμικό εύρος, ψηφιακή έξοδο και μικρό μέγεθος. Επιπλέον, το γυροσκόπιο οπτικών ινών ξεπερνά επίσης τις μοιραίες ελλείψεις των γυροσκόπιων δακτυλίου λέιζερ όπως το υψηλό κόστος και το φαινόμενο μπλοκαρίσματος. Ως εκ τούτου, τα γυροσκόπια οπτικών ινών εκτιμώνται από πολλές χώρες. Γυροσκόπια πολιτικών οπτικών ινών χαμηλής ακρίβειας έχουν παραχθεί σε μικρές παρτίδες στη Δυτική Ευρώπη. Υπολογίζεται ότι το 1994, οι πωλήσεις γυροσκόπιων οπτικών ινών στην αμερικανική αγορά γυροσκόπιων θα φτάσουν το 49%, και το καλωδιακό γυροσκόπιο θα πάρει τη δεύτερη θέση (αποτελώντας το 35% των πωλήσεων).

Η αρχή λειτουργίας του γυροσκόπιου οπτικών ινών βασίζεται στο φαινόμενο Sagnac. Το φαινόμενο Sagnac είναι μια γενική σχετική επίδραση του φωτός που διαδίδεται σε μια οπτική διαδρομή κλειστού βρόχου που περιστρέφεται σε σχέση με τον αδρανειακό χώρο, δηλαδή, δύο δέσμες φωτός με ίσα χαρακτηριστικά που εκπέμπονται από την ίδια πηγή φωτός στην ίδια κλειστή οπτική διαδρομή διαδίδονται σε αντίθετες κατευθύνσεις . Τέλος συγχώνευση στο ίδιο σημείο ανίχνευσης.
Εάν υπάρχει γωνιακή ταχύτητα περιστροφής σε σχέση με τον αδρανειακό χώρο γύρω από τον άξονα κάθετο στο επίπεδο της κλειστής οπτικής διαδρομής, η οπτική διαδρομή που διανύεται από τις δέσμες φωτός προς την εμπρός και την αντίστροφη κατεύθυνση είναι διαφορετική, με αποτέλεσμα διαφορά οπτικής διαδρομής, και η διαφορά της οπτικής διαδρομής είναι ανάλογη της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής. . Επομένως, εφόσον είναι γνωστές η διαφορά οπτικής διαδρομής και οι αντίστοιχες πληροφορίες διαφοράς φάσης, μπορεί να ληφθεί η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής.

Σε σύγκριση με το ηλεκτρομηχανικό γυροσκόπιο ή το γυροσκόπιο λέιζερ, το γυροσκόπιο οπτικών ινών έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
(1) Λίγα μέρη, το όργανο είναι σταθερό και σταθερό και έχει ισχυρή αντίσταση στην κρούση και την επιτάχυνση.
(2) Η περιελιγμένη ίνα είναι μεγαλύτερη, γεγονός που βελτιώνει την ευαισθησία ανίχνευσης και την ανάλυση κατά πολλές τάξεις μεγέθους από αυτή του γυροσκόπιου λέιζερ.
(3) Δεν υπάρχουν μηχανικά μέρη μετάδοσης και δεν υπάρχει πρόβλημα φθοράς, επομένως έχει μεγάλη διάρκεια ζωής.
(4) Είναι εύκολο να υιοθετηθεί η τεχνολογία ολοκληρωμένων οπτικών κυκλωμάτων, το σήμα είναι σταθερό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας για ψηφιακή έξοδο και να συνδεθεί με τη διεπαφή του υπολογιστή.
(5) Με την αλλαγή του μήκους της οπτικής ίνας ή του αριθμού της κυκλικής διάδοσης του φωτός στο πηνίο, μπορούν να επιτευχθούν διαφορετικές ακρίβεια και ένα ευρύ δυναμικό εύρος μπορεί να επιτευχθεί.
(6) Η συνεκτική δέσμη έχει μικρό χρόνο διάδοσης, επομένως καταρχήν μπορεί να ξεκινήσει αμέσως χωρίς προθέρμανση.
(7) Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μαζί με το γυροσκόπιο δακτυλίου λέιζερ για να σχηματίσει αισθητήρες διαφόρων συστημάτων αδρανειακής πλοήγησης, ειδικά των αισθητήρων συστημάτων αδρανειακής πλοήγησης με ιμάντα προς τα κάτω.
(8) Απλή δομή, χαμηλή τιμή, μικρό μέγεθος και μικρό βάρος.

Ταξινόμηση
Σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας:
Τα γυροσκόπια με συμβολομετρικές οπτικές ίνες (I-FOG), η πρώτη γενιά γυροσκόπιων οπτικών ινών, είναι σήμερα τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα. Χρησιμοποιεί ένα πηνίο οπτικών ινών πολλαπλών στροφών για να ενισχύσει το εφέ SAGNAC. Ένα σπειροειδές συμβολόμετρο διπλής δέσμης που αποτελείται από ένα πηνίο οπτικής ίνας μονής λειτουργίας πολλαπλών στροφών μπορεί να παρέχει υψηλότερη ακρίβεια και αναπόφευκτα θα κάνει τη συνολική δομή πιο περίπλοκη.
Το γυροσκόπιο οπτικών ινών συντονισμού (R-FOG) είναι το γυροσκόπιο οπτικών ινών δεύτερης γενιάς. Χρησιμοποιεί ένα αντηχείο δακτυλίου για να ενισχύσει το φαινόμενο SAGNAC και την κυκλική διάδοση για να βελτιώσει την ακρίβεια. Ως εκ τούτου, μπορεί να χρησιμοποιήσει μικρότερες ίνες. Το R-FOG χρειάζεται να χρησιμοποιήσει μια ισχυρή συνεκτική πηγή φωτός για να ενισχύσει το αποτέλεσμα συντονισμού της κοιλότητας συντονισμού, αλλά η ισχυρή συνεκτική πηγή φωτός φέρνει επίσης πολλά παρασιτικά αποτελέσματα. Ο τρόπος εξάλειψης αυτών των παρασιτικών επιπτώσεων είναι επί του παρόντος το κύριο τεχνικό εμπόδιο.
Το διεγερμένο γυροσκόπιο οπτικών ινών σκέδασης Brillouin (B-FOG), το γυροσκόπιο οπτικών ινών τρίτης γενιάς είναι μια βελτίωση σε σχέση με τις προηγούμενες δύο γενιές και βρίσκεται ακόμη στο στάδιο της θεωρητικής έρευνας.
Σύμφωνα με τη σύνθεση του οπτικού συστήματος: ενσωματωμένο γυροσκόπιο οπτικού τύπου και οπτικών ινών τύπου all-fiber.
Σύμφωνα με τη δομή: γυροσκόπια οπτικών ινών μονού και πολλαπλών αξόνων.
Ανά τύπο βρόχου: γυροσκόπιο οπτικών ινών ανοιχτού βρόχου και γυροσκόπιο οπτικών ινών κλειστού βρόχου.

Από την εισαγωγή του το 1976, το γυροσκόπιο οπτικών ινών έχει αναπτυχθεί πολύ. Ωστόσο, το γυροσκόπιο οπτικών ινών εξακολουθεί να έχει μια σειρά από τεχνικά προβλήματα, αυτά τα προβλήματα επηρεάζουν την ακρίβεια και τη σταθερότητα του γυροσκόπιου οπτικών ινών και έτσι περιορίζουν το ευρύ φάσμα των εφαρμογών του. περιλαμβάνει κυρίως:
(1) Η επίδραση των μεταβατικών θερμοκρασιών. Θεωρητικά, οι δύο οπίσθιες διαδρομές φωτός στο συμβολόμετρο δακτυλίου είναι ίσου μήκους, αλλά αυτό ισχύει αυστηρά μόνο όταν το σύστημα δεν αλλάζει με το χρόνο. Τα πειράματα δείχνουν ότι το σφάλμα φάσης και η μετατόπιση της τιμής μέτρησης του ρυθμού περιστροφής είναι ανάλογες με τη χρονική παράγωγο της θερμοκρασίας. Αυτό είναι πολύ επιβλαβές, ειδικά κατά την περίοδο της προθέρμανσης.
(2) Η επίδραση της δόνησης. Η δόνηση θα επηρεάσει επίσης τη μέτρηση. Πρέπει να χρησιμοποιείται κατάλληλη συσκευασία για να εξασφαλίζεται καλή στιβαρότητα του πηνίου. Ο εσωτερικός μηχανικός σχεδιασμός πρέπει να είναι πολύ λογικός για την αποφυγή συντονισμού.
(3) Η επίδραση της πόλωσης. Σήμερα, η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη ίνα μονής λειτουργίας είναι μια ίνα διπλής πόλωσης. Η διπλή διάθλαση της ίνας θα δημιουργήσει μια παρασιτική διαφορά φάσης, επομένως απαιτείται φιλτράρισμα πόλωσης. Η ίνα αποπόλωσης μπορεί να καταστείλει την πόλωση, αλλά θα οδηγήσει σε αύξηση του κόστους.
Προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση της κορυφής. Έχουν προταθεί διάφορες λύσεις. Συμπεριλαμβανομένης της βελτίωσης των εξαρτημάτων του γυροσκόπιου οπτικών ινών και της βελτίωσης των μεθόδων επεξεργασίας σήματος.