Оптичен жироскоп

Оптичният жироскоп е оптичният сензор за ъглова скорост, който е най-обещаващият сред различните оптични сензори. Оптичният жироскоп, подобно на пръстеновидния лазерен жироскоп, има предимствата на липсата на механични движещи се части, липса на време за загряване, нечувствително ускорение, широк динамичен диапазон, цифров изход и малък размер. В допълнение, оптичният жироскоп преодолява и фаталните недостатъци на пръстеновидните лазерни жироскопи като висока цена и блокиране. Поради това оптичните жироскопи се оценяват от много страни. В Западна Европа на малки партиди се произвеждат граждански оптични жироскопи с ниска точност. Изчислено е, че през 1994 г. продажбите на оптични жироскопи на американския пазар на жироскопи ще достигнат 49%, а кабелният жироскоп ще заеме второто място (което представлява 35% от продажбите).

Принципът на работа на оптичния жироскоп се основава на ефекта на Саняк. Ефектът на Саняк е общ свързан ефект на светлината, разпространяваща се по оптичен път със затворен контур, въртящ се спрямо инерционното пространство, тоест два лъча светлина с еднакви характеристики, излъчвани от един и същ източник на светлина в същия затворен оптичен път, се разпространяват в противоположни посоки . Накрая се слее със същата точка на откриване.
Ако има ъглова скорост на въртене спрямо инерционното пространство около оста, перпендикулярна на равнината на затворения оптичен път, оптичният път, изминаван от светлинните лъчи в посока напред и назад, е различен, което води до разлика в оптичния път, и разликата в оптичните пътища е пропорционална на ъгловата скорост на въртене. . Следователно, докато оптичната разлика в пътя и съответната информация за фазовата разлика са известни, може да се получи ъгловата скорост на въртене.

В сравнение с електромеханичния жироскоп или лазерния жироскоп, оптичният жироскоп има следните характеристики:
(1) Малко части, инструментът е здрав и стабилен и има силна устойчивост на удар и ускорение;
(2) Навитото влакно е по-дълго, което подобрява чувствителността и разделителната способност на откриване с няколко порядъка от тази на лазерния жироскоп;
(3) Няма механични части за трансмисията и няма проблем с износването, така че има дълъг експлоатационен живот;
(4) Лесно е да се приеме технология на интегрирана оптична верига, сигналът е стабилен и може да се използва директно за цифров изход и свързан с компютърния интерфейс;
(5) Чрез промяна на дължината на оптичното влакно или броя на цикличното разпространение на светлината в намотката може да се постигне различна прецизност и да се постигне широк динамичен диапазон;
(6) Кохерентният лъч има кратко време на разпространение, така че по принцип може да се стартира незабавно без предварително нагряване;
(7) Може да се използва заедно с пръстеновидния лазерен жироскоп за формиране на сензори на различни инерционни навигационни системи, особено сензори на инерционни навигационни системи с ремък;
(8) Проста структура, ниска цена, малък размер и леко тегло.

Класификация
Според принципа на работа:
Интерферометричните оптични жироскопи (I-FOG), първото поколение оптични жироскопи, в момента са най-широко използвани. Той използва многооборотна оптична намотка за подобряване на ефекта на SAGNAC. Двулъчев тороидален интерферометър, съставен от многооборотна едномодова оптична оптична намотка, може да осигури по-висока точност и неизбежно ще направи цялостната структура по-сложна;
Резонансният оптичен жироскоп (R-FOG) е второ поколение оптичен жироскоп. Той използва пръстеновиден резонатор за подобряване на ефекта на SAGNAC и циклично разпространение за подобряване на точността. Следователно, той може да използва по-къси влакна. R-FOG трябва да използва силен кохерентен източник на светлина, за да подобри резонансния ефект на резонансната кухина, но силният кохерентен източник на светлина също носи много паразитни ефекти. Как да се премахнат тези паразитни ефекти в момента е основната техническа пречка.
Оптичният жироскоп със стимулирано разсейване на Brillouin (B-FOG), оптичният жироскоп от трето поколение е подобрение спрямо предишните две поколения и все още е в етап на теоретично изследване.
Според състава на оптичната система: интегриран оптичен тип и оптичен жироскоп от изцяло влакна.
Според конструкцията: едноосни и многоосни оптични жироскопи.
По тип на контура: оптичен жироскоп с отворен контур и оптичен жироскоп със затворена верига.

От въвеждането си през 1976 г., оптичният жироскоп е силно разработен. Въпреки това, оптичният жироскоп все още има редица технически проблеми, тези проблеми засягат точността и стабилността на оптичния жироскоп и по този начин ограничават широкия му спектър от приложения. включва основно:
(1) Ефектът на температурните преходни процеси. Теоретично, двата обратно разпространяващи се светлинни пътя в пръстеновидния интерферометър са с еднаква дължина, но това е строго вярно само когато системата не се променя с времето. Експериментите показват, че фазовата грешка и дрейфът на измерваната стойност на скоростта на въртене са пропорционални на производната по време на температурата. Това е много вредно, особено през периода на загряване.
(2) Влияние на вибрациите. Вибрацията също ще повлияе на измерването. Трябва да се използва подходяща опаковка, за да се осигури добра здравина на бобината. Вътрешният механичен дизайн трябва да бъде много разумен, за да се предотврати резонанс.
(3) Влияние на поляризацията. В днешно време най-широко използваното едномодово влакно е влакно с двойна поляризация. Двойното пречупване на влакното ще доведе до паразитна фазова разлика, така че е необходимо поляризационно филтриране. Деполяризационното влакно може да потисне поляризацията, но това ще доведе до увеличаване на цената.
За да се подобри работата на горната част. Предложени са различни решения. Включително подобряване на компонентите на оптичния жироскоп и подобряване на методите за обработка на сигнали.