Fiber Optic Gyro

Ang fiber optic gyroscope ay ang fiber angular velocity sensor, na siyang pinaka-promising sa iba't ibang fiber optic sensor. Ang fiber optic gyroscope, tulad ng ring laser gyroscope, ay may mga pakinabang na walang mekanikal na gumagalaw na bahagi, walang oras ng pag-init, insensitive acceleration, malawak na dynamic range, digital na output, at maliit na sukat. Sa karagdagan, ang fiber optic gyroscope din overcomes ang nakamamatay na pagkukulang ng ring laser gyroscopes tulad ng mataas na gastos at pagharang phenomenon. Samakatuwid, ang mga fiber optic gyroscope ay pinahahalagahan ng maraming mga bansa. Ang mga low-precision na civilian fiber optic gyroscope ay ginawa sa maliliit na batch sa Kanlurang Europa. Tinatayang noong 1994, ang mga benta ng fiber optic gyroscope sa American gyroscope market ay aabot sa 49%, at ang cable gyroscope ay kukuha sa pangalawang lugar (accounting para sa 35% ng mga benta).

Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng fiber optic gyroscope ay batay sa Sagnac effect. Ang Sagnac effect ay isang pangkalahatang nauugnay na epekto ng liwanag na nagpapalaganap sa isang closed-loop na optical path na umiikot na may kaugnayan sa inertial space, iyon ay, dalawang sinag ng liwanag na may pantay na katangian na ibinubuga mula sa parehong pinagmumulan ng liwanag sa parehong closed optical path na nagpapalaganap sa magkasalungat na direksyon. . Sa wakas ay sumanib sa parehong punto ng pagtuklas.
Kung mayroong isang angular na bilis ng pag-ikot na nauugnay sa inertial space sa paligid ng axis na patayo sa eroplano ng saradong optical path, ang optical path na nilakbay ng mga light beam sa forward at reverse na direksyon ay iba, na nagreresulta sa pagkakaiba ng optical path, at ang pagkakaiba ng optical path ay proporsyonal sa angular velocity ng pag-ikot. . Samakatuwid, hangga't alam ang pagkakaiba sa optical path at ang kaukulang impormasyon sa pagkakaiba ng phase, maaaring makuha ang rotational angular velocity.

Kung ikukumpara sa electromechanical gyroscope o laser gyroscope, ang fiber optic gyroscope ay may mga sumusunod na katangian:
(1) Ilang bahagi, ang instrumento ay matatag at matatag, at may malakas na pagtutol sa epekto at acceleration;
(2) Ang coiled fiber ay mas mahaba, na nagpapabuti sa detection sensitivity at resolution ng ilang mga order ng magnitude kaysa sa laser gyroscope;
(3) Walang mga mekanikal na bahagi ng paghahatid, at walang problema sa pagsusuot, kaya ito ay may mahabang buhay ng serbisyo;
(4) Madaling gamitin ang integrated optical circuit technology, ang signal ay matatag, at maaari itong direktang gamitin para sa digital na output at konektado sa interface ng computer;
(5) Sa pamamagitan ng pagpapalit ng haba ng optical fiber o ang bilang ng cyclic propagation ng liwanag sa coil, maaaring makamit ang iba't ibang katumpakan at maaaring makamit ang isang malawak na dynamic range;
(6) Ang magkakaugnay na sinag ay may maikling oras ng pagpapalaganap, kaya sa prinsipyo maaari itong simulan kaagad nang walang preheating;
(7) Maaari itong gamitin kasama ng ring laser gyroscope upang bumuo ng mga sensor ng iba't ibang inertial navigation system, lalo na ang mga sensor ng strap-down na inertial navigation system;
(8) Simpleng istraktura, mababang presyo, maliit na sukat at magaan ang timbang.

Pag-uuri
Ayon sa prinsipyo ng pagtatrabaho:
Interferometric fiber optic gyroscopes (I-FOG), ang unang henerasyon ng fiber optic gyroscopes, ay kasalukuyang pinaka-tinatanggap na ginagamit. Gumagamit ito ng multi-turn optical fiber coil upang mapahusay ang epekto ng SAGNAC. Ang isang dual-beam toroidal interferometer na binubuo ng isang multi-turn single-mode optical fiber coil ay maaaring magbigay ng mas mataas na katumpakan at hindi maiiwasang gawing mas kumplikado ang pangkalahatang istraktura;
Ang resonant fiber optic gyroscope (R-FOG) ay ang pangalawang henerasyong fiber optic gyroscope. Gumagamit ito ng ring resonator upang mapahusay ang epekto ng SAGNAC at cyclic propagation upang mapabuti ang katumpakan. Samakatuwid, maaari itong gumamit ng mas maikling mga hibla. Ang R-FOG ay kailangang gumamit ng isang malakas na magkakaugnay na pinagmumulan ng liwanag upang mapahusay ang epekto ng resonance ng resonant na lukab, ngunit ang malakas na magkakaugnay na pinagmumulan ng liwanag ay nagdudulot din ng maraming mga parasitiko na epekto. Kung paano alisin ang mga parasitic effect na ito ay kasalukuyang pangunahing teknikal na balakid.
Stimulated Brillouin Scattering Fiber Optic Gyroscope (B-FOG), ang ikatlong henerasyong fiber optic gyroscope ay isang pagpapabuti sa nakaraang dalawang henerasyon, at ito ay nasa teoretikal na yugto ng pananaliksik.
Ayon sa komposisyon ng optical system: integrated optical type at all-fiber type fiber optic gyroscope.
Ayon sa istraktura: single-axis at multi-axis fiber optic gyroscopes.
Ayon sa uri ng loop: open loop fiber optic gyroscope at closed loop fiber optic gyroscope.

Mula nang ipakilala ito noong 1976, ang fiber optic gyroscope ay lubos na binuo. Gayunpaman, ang fiber optic gyroscope ay mayroon pa ring isang serye ng mga teknikal na problema, ang mga problemang ito ay nakakaapekto sa katumpakan at katatagan ng fiber optic gyroscope, at sa gayon ay nililimitahan ang malawak na hanay ng mga aplikasyon. pangunahing kasama ang:
(1) Ang epekto ng mga lumilipas na temperatura. Theoretically, ang dalawang back-propagating light path sa ring interferometer ay may pantay na haba, ngunit ito ay mahigpit na totoo lamang kapag ang system ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon. Ipinapakita ng mga eksperimento na ang phase error at ang drift ng halaga ng pagsukat ng rate ng pag-ikot ay proporsyonal sa derivative ng oras ng temperatura. Ito ay lubhang nakakapinsala, lalo na sa panahon ng warm-up.
(2) Ang impluwensya ng vibration. Maaapektuhan din ng vibration ang pagsukat. Ang naaangkop na packaging ay dapat gamitin upang matiyak ang mahusay na tibay ng coil. Ang panloob na mekanikal na disenyo ay dapat na napaka-makatwiran upang maiwasan ang resonance.
(3) Ang impluwensya ng polariseysyon. Sa ngayon, ang pinakamalawak na ginagamit na single-mode fiber ay isang dual-polarization mode fiber. Ang birefringence ng fiber ay magbubunga ng parasitic phase difference, kaya kailangan ang polarization filtering. Maaaring pigilan ng depolarization fiber ang polariseysyon, ngunit hahantong ito sa pagtaas ng gastos.
Upang mapabuti ang pagganap ng tuktok. Iba't ibang solusyon ang iminungkahi. Kabilang ang pagpapabuti ng mga bahagi ng fiber optic gyroscope, at ang pagpapabuti ng mga pamamaraan ng pagpoproseso ng signal.