Fiber Optik Jiroskop

Fiber optik jiroskop, çeşitli fiber optik sensörler arasında en umut verici olan fiber açısal hız sensörüdür. Fiber optik jiroskop, halka lazer jiroskopu gibi, mekanik hareketli parça olmaması, ısınma süresinin olmaması, duyarsız hızlanma, geniş dinamik aralık, dijital çıkış ve küçük boyut avantajlarına sahiptir. Ayrıca fiber optik jiroskop, halka lazer jiroskopların yüksek maliyet ve engelleme fenomeni gibi ölümcül eksikliklerinin de üstesinden gelir. Bu nedenle fiber optik jiroskoplara birçok ülke tarafından değer verilmektedir. Düşük hassasiyetli sivil fiber optik jiroskoplar Batı Avrupa'da küçük partiler halinde üretildi. 1994 yılında Amerika jiroskop pazarında fiber optik jiroskop satışlarının %49'a ulaşacağı, kablolu jiroskopun ise satışların %35'ini oluşturacak şekilde ikinci sırada yer alacağı tahmin edilmektedir.

Fiber optik jiroskopun çalışma prensibi Sagnac etkisine dayanmaktadır. Sagnac etkisi, eylemsiz uzaya göre dönen bir kapalı döngü optik yolda yayılan ışığın genel ilgili bir etkisidir; yani, aynı kapalı optik yolda aynı ışık kaynağından yayılan eşit özelliklere sahip iki ışık hüzmesi zıt yönlerde yayılır. . Son olarak aynı algılama noktasına birleştirin.
Kapalı optik yol düzlemine dik eksen etrafındaki eylemsizlik boşluğuna göre açısal bir dönme hızı varsa, ışık ışınlarının ileri ve geri yönlerde kat ettiği optik yol farklıdır, bu da optik yol farklılığına neden olur, ve optik yol farkı açısal dönüş hızıyla orantılıdır. . Bu nedenle optik yol farkı ve buna karşılık gelen faz farkı bilgisi bilindiği sürece dönme açısal hızı elde edilebilir.

Elektromekanik jiroskop veya lazer jiroskopla karşılaştırıldığında fiber optik jiroskop aşağıdaki özelliklere sahiptir:
(1) Az sayıda parça, cihaz sağlam ve stabildir ve darbe ve hızlanmaya karşı güçlü bir dirence sahiptir;
(2) Sarılmış fiber daha uzundur, bu da algılama hassasiyetini ve çözünürlüğünü lazer jiroskopunkinden birkaç kat artırır;
(3) Mekanik şanzıman parçası yoktur ve aşınma sorunu yoktur, dolayısıyla uzun ömürlüdür;
(4) Entegre optik devre teknolojisini benimsemek kolaydır, sinyal stabildir ve doğrudan dijital çıkış için kullanılabilir ve bilgisayar arayüzüne bağlanabilir;
(5) Optik fiberin uzunluğunu veya ışığın bobindeki döngüsel yayılma sayısını değiştirerek farklı hassasiyetler elde edilebilir ve geniş bir dinamik aralık elde edilebilir;
(6) Tutarlı ışının yayılma süresi kısadır, dolayısıyla prensipte ön ısıtmaya gerek kalmadan anında başlatılabilir;
(7) Çeşitli atalet navigasyon sistemlerinin sensörlerini, özellikle kayışla bağlanan atalet navigasyon sistemlerinin sensörlerini oluşturmak için halka lazer jiroskopu ile birlikte kullanılabilir;
(8) Basit yapı, düşük fiyat, küçük boyut ve hafiflik.

sınıflandırma
Çalışma prensibine göre:
Fiber optik jiroskopların ilk nesli olan interferometrik fiber optik jiroskoplar (I-FOG), şu anda en yaygın kullanılanlardır. SAGNAC etkisini arttırmak için çok turlu bir fiber optik bobin kullanır. Çok turlu, tek modlu fiber optik bobinden oluşan çift ışınlı toroidal interferometre, daha yüksek doğruluk sağlayabilir ve kaçınılmaz olarak genel yapıyı daha karmaşık hale getirecektir;
Rezonans fiber optik jiroskop (R-FOG), ikinci nesil fiber optik jiroskoptur. Doğruluğu artırmak için SAGNAC etkisini ve döngüsel yayılımı geliştirmek için bir halka rezonatörü kullanır. Bu nedenle daha kısa lifler kullanılabilir. R-FOG'un rezonans boşluğunun rezonans etkisini arttırmak için güçlü bir tutarlı ışık kaynağı kullanması gerekir, ancak güçlü tutarlı ışık kaynağı aynı zamanda birçok parazitik etkiyi de beraberinde getirir. Bu parazit etkilerin nasıl ortadan kaldırılacağı şu anda temel teknik engeldir.
Uyarılmış Brillouin Saçılımlı Fiber Optik Jiroskop (B-FOG), üçüncü nesil fiber optik jiroskop, önceki iki nesle göre bir gelişmedir ve hala teorik araştırma aşamasındadır.
Optik sistemin bileşimine göre: entegre optik tip ve tamamen fiber tip fiber optik jiroskop.
Yapısına göre: tek eksenli ve çok eksenli fiber optik jiroskoplar.
Döngü türüne göre: açık döngü fiber optik jiroskop ve kapalı döngü fiber optik jiroskop.

Fiber optik jiroskop, 1976 yılında piyasaya sürülmesinden bu yana büyük ölçüde geliştirildi. Bununla birlikte, fiber optik jiroskopun hala bir dizi teknik sorunu vardır; bu sorunlar, fiber optik jiroskopun doğruluğunu ve kararlılığını etkilemekte ve dolayısıyla geniş uygulama yelpazesini sınırlamaktadır. esas olarak şunları içerir:
(1) Sıcaklık geçişlerinin etkisi. Teorik olarak, halka interferometredeki iki geri yayılan ışık yolu eşit uzunluktadır, ancak bu yalnızca sistem zamanla değişmediğinde kesinlikle doğrudur. Deneyler, faz hatasının ve dönme hızı ölçüm değerindeki sapmanın sıcaklığın zamana göre türeviyle orantılı olduğunu göstermektedir. Bu özellikle ısınma döneminde çok zararlıdır.
(2) Titreşimin etkisi. Titreşim aynı zamanda ölçümü de etkileyecektir. Bobinin sağlamlığını sağlamak için uygun ambalaj kullanılmalıdır. Rezonansı önlemek için iç mekanik tasarımın çok makul olması gerekir.
(3) Kutuplaşmanın etkisi. Günümüzde en yaygın olarak kullanılan tek modlu fiber, çift polarizasyon modlu fiberdir. Fiberin çift kırılması parazitik bir faz farkı üretecektir, bu nedenle polarizasyon filtrelemesi gereklidir. Depolarizasyon lifi polarizasyonu baskılayabilir ancak maliyetin artmasına yol açacaktır.
Üst performansı artırmak için. Çeşitli çözümler önerildi. Fiber optik jiroskop bileşenlerinin iyileştirilmesi ve sinyal işleme yöntemlerinin iyileştirilmesi dahil.