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, че няма механични движещи се части, няма време за загряване, нечувствително ускорение, широк динамичен диапазон, цифров изход и малък размер. Освен това жироскопът с оптични влакна преодолява и фаталните недостатъци на пръстеновидните лазерни жироскопи, като висока цена и феномен на блокиране. Поради това оптичните жироскопи се ценят от много страни. Гражданските оптични жироскопи с ниска точност се произвеждат в малки партиди в Западна Европа. Смята се, че през 1994 г. продажбите на оптични жироскопи на американския пазар на жироскопи ще достигнат 49%, а кабелният жироскоп ще заеме второ място (отчитайки 35% от продажбите).

Принципът на работа на фиброоптичния жироскоп се основава на ефекта на Саняк. Ефектът на Sagnac е общ свързан ефект на светлината, разпространяваща се в затворена оптична пътека, въртяща се спрямо инерционното пространство, т.е. два светлинни лъча с еднакви характеристики, излъчвани от един и същ светлинен източник в една и съща затворена оптична пътека, се разпространяват в противоположни посоки . Накрая се слейте до същата точка на откриване.
Ако има ъглова скорост на въртене спрямо инерционното пространство около оста, перпендикулярна на равнината на затворения оптичен път, оптичният път, изминат от светлинните лъчи в предната и обратната посока, е различен, което води до разлика в оптичния път, а оптичната разлика в пътя 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 твърд 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 части за механична трансмисия и няма проблем с износването, така че има дълъг експлоатационен живот;
(4) Лесно е да се приеме технология за интегрирана оптична схема, сигналът е стабилен и може да се използва директно за цифров изход и да се свързва с компютърния интерфейс;
(5) Чрез промяна на дължината на оптичното влакно или броя на цикличното разпространение на светлината в намотката могат да се постигнат различни точности и може да се постигне широк динамичен диапазон;
(6) Кохерентният лъч има кратко време на разпространение, така че по принцип може да бъде стартиран незабавно без предварително нагряване;
(7) Може да се използва заедно с пръстеновидния лазерен жироскоп за формиране на сензори на различни инерционни навигационни системи, особено сензорите на инерционни навигационни системи с ремъци;
(8) Проста структура, ниска цена, малък размер и леко тегло.

Класификация
Според принципа на работа:
Интерферометричните фиброоптични жироскопи (I-FOG), първото поколение фиброоптични жироскопи, в момента са най-широко използвани. Той използва намотка от оптични влакна с няколко оборота за подобряване на ефекта SAGNAC. Тороидален интерферометър с двоен лъч, съставен от многооборотна едномодова намотка от оптични влакна, 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 SAGNAC и циклично разпространение за подобряване на точността. Следователно 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.
Оптичен жироскоп със стимулирано разсейване на Brillouin (B-FOG), оптичният жироскоп от трето поколение е подобрение в сравнение с предишните две поколения и все още е в етап на теоретично изследване.
Според състава на оптичната система: интегриран оптичен тип и оптичен жироскоп с всички влакна.
Според структурата: едноосни и многоосни фиброоптични жироскопи.
По тип контур: оптичен жироскоп с отворен цикъл и оптичен жироскоп със затворен контур.

От въвеждането си през 1976 г. фиброоптичният жироскоп е силно развит. Оптичният жироскоп обаче все още има поредица от технически проблеми, които засягат точността и стабилността на оптичния жироскоп и по този начин ограничават широкия му спектър от приложения. основно включва:
(1) Ефектът от температурните преходни процеси. Теоретично двата обратни пътя на светлината 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 времевата производна на температурата. Това е много вредно, особено в периода на загряване.
(2) Влиянието 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) Влиянието на поляризацията. В наши дни 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. Деполяризиращото влакно може да потисне поляризацията, но това ще доведе до увеличаване на разходите.
За да се подобри производителността на топ. Предложени са различни решения. Включително подобряване на компонентите на фиброоптичния жироскоп и подобряване на методите за обработка на сигнали.