Glasvezelgyro

Vezeloptische gyroscoop is de hoeksnelheidssensor van vezels, de meest veelbelovende onder verschillende glasvezelsensoren. De glasvezelgyroscoop heeft, net als de ringlasergyroscoop, de voordelen dat er geen mechanisch bewegende delen zijn, geen opwarmtijd, ongevoelige versnelling, groot dynamisch bereik, digitale output en klein formaat. Bovendien overwint de glasvezelgyroscoop ook de fatale tekortkomingen van ringlasergyroscopen, zoals hoge kosten en blokkeringsverschijnselen. Daarom worden glasvezelgyroscopen door veel landen gewaardeerd. In West-Europa zijn civiele glasvezelgyroscopen met lage precisie in kleine batches geproduceerd. Er wordt geschat dat in 1994 de verkoop van glasvezelgyroscopen op de Amerikaanse gyroscoopmarkt 49% zal bereiken, en dat de kabelgyroscoop de tweede plaats zal innemen (goed voor 35% van de omzet).

Het werkingsprincipe van de glasvezelgyroscoop is gebaseerd op het Sagnac-effect. Het Sagnac-effect is een algemeen gerelateerd effect van licht dat zich voortplant in een optisch pad met gesloten lus dat roteert ten opzichte van de traagheidsruimte, dat wil zeggen dat twee lichtbundels met gelijke kenmerken die worden uitgezonden door dezelfde lichtbron in hetzelfde gesloten optische pad zich in tegengestelde richtingen voortplanten. . Voeg ten slotte samen tot hetzelfde detectiepunt.
Als er een hoeksnelheid van rotatie is ten opzichte van de traagheidsruimte rond de as loodrecht op het vlak van het gesloten optische pad, is het optische pad dat de lichtbundels in voorwaartse en achterwaartse richting afleggen verschillend, wat resulteert in een optisch padverschil. en het optische padverschil is evenredig met de hoeksnelheid van rotatie. . Zolang het optische padverschil en de corresponderende faseverschilinformatie bekend zijn, kan daarom de rotatiehoeksnelheid worden verkregen.

Vergeleken met een elektromechanische gyroscoop of lasergyroscoop heeft de glasvezelgyroscoop de volgende kenmerken:
(1) Weinig onderdelen, het instrument is stevig en stabiel en heeft een sterke weerstand tegen schokken en versnelling;
(2) De opgerolde vezel is langer, wat de detectiegevoeligheid en resolutie met verschillende ordes van grootte verbetert dan die van de lasergyroscoop;
(3) Er zijn geen mechanische transmissieonderdelen en er is geen slijtageprobleem, dus het heeft een lange levensduur;
(4) Het is gemakkelijk om geïntegreerde optische circuittechnologie toe te passen, het signaal is stabiel en kan direct worden gebruikt voor digitale uitvoer en worden aangesloten op de computerinterface;
(5) Door de lengte van de optische vezel of het aantal cyclische voortplanting van licht in de spoel te veranderen, kunnen verschillende precisies worden bereikt en kan een groot dynamisch bereik worden bereikt;
(6) De coherente bundel heeft een korte voortplantingstijd, zodat deze in principe onmiddellijk kan worden gestart zonder voorverwarmen;
(7) Het kan samen met de ringlasergyroscoop worden gebruikt om sensoren te vormen van verschillende traagheidsnavigatiesystemen, met name de sensoren van vastgebonden traagheidsnavigatiesystemen;
(8) Eenvoudige structuur, lage prijs, klein formaat en lichtgewicht.

Classificatie
Volgens het werkingsprincipe:
Interferometrische glasvezelgyroscopen (I-FOG), de eerste generatie glasvezelgyroscopen, worden momenteel het meest gebruikt. Het maakt gebruik van een multi-turn optische vezelspoel om het SAGNAC-effect te versterken. Een toroïdale interferometer met dubbele bundel, samengesteld uit een multi-turn single-mode optische vezelspoel, kan een hogere nauwkeurigheid bieden en zal de algehele structuur onvermijdelijk ingewikkelder maken;
Resonante glasvezelgyroscoop (R-FOG) is de glasvezelgyroscoop van de tweede generatie. Het maakt gebruik van een ringresonator om het SAGNAC-effect en cyclische voortplanting te versterken om de nauwkeurigheid te verbeteren. Daarom kan het kortere vezels gebruiken. R-FOG moet een sterke coherente lichtbron gebruiken om het resonantie-effect van de resonantieholte te versterken, maar de sterke coherente lichtbron brengt ook veel parasitaire effecten met zich mee. Hoe deze parasitaire effecten kunnen worden geëlimineerd, is momenteel het belangrijkste technische obstakel.
Gestimuleerde Brillouin Scattering Fiber Optic Gyroscope (B-FOG), de derde generatie glasvezelgyroscoop, is een verbetering ten opzichte van de vorige twee generaties en bevindt zich nog steeds in de theoretische onderzoeksfase.
Volgens de samenstelling van het optische systeem: geïntegreerd optisch type en glasvezelgyroscoop met volledig glasvezeltype.
Volgens de structuur: glasvezelgyroscopen met één as en meerdere assen.
Per lustype: glasvezelgyroscoop met open lus en glasvezelgyroscoop met gesloten lus.

Sinds de introductie in 1976 is de glasvezelgyroscoop enorm ontwikkeld. De glasvezelgyroscoop heeft echter nog steeds een reeks technische problemen. Deze problemen beïnvloeden de nauwkeurigheid en stabiliteit van de glasvezelgyroscoop en beperken zo het brede scala aan toepassingen. omvat voornamelijk:
(1) Het effect van temperatuurtransiënten. Theoretisch zijn de twee zich terugplantende lichtpaden in de ringinterferometer even lang, maar dit is strikt genomen alleen waar als het systeem niet met de tijd verandert. Experimenten tonen aan dat de fasefout en de drift van de meetwaarde van de rotatiesnelheid evenredig zijn met de tijdsafgeleide van de temperatuur. Dit is zeer schadelijk, vooral tijdens de opwarmperiode.
(2) De invloed van trillingen. Trillingen hebben ook invloed op de meting. Er moet een geschikte verpakking worden gebruikt om een ​​goede stevigheid van de rol te garanderen. Het interne mechanische ontwerp moet zeer redelijk zijn om resonantie te voorkomen.
(3) De invloed van polarisatie. Tegenwoordig is de meest gebruikte single-mode vezel een dual-polarisatie-mode vezel. De dubbele breking van de vezel zal een parasitair faseverschil veroorzaken, dus polarisatiefiltering is vereist. Depolarisatievezel kan de polarisatie onderdrukken, maar dit zal leiden tot een stijging van de kosten.
Om de prestaties van de top te verbeteren. Er zijn verschillende oplossingen voorgesteld. Inclusief de verbetering van de componenten van de glasvezelgyroscoop en de verbetering van signaalverwerkingsmethoden.