ไจโรไฟเบอร์ออปติก

ไจโรสโคปของไฟเบอร์ออปติกเป็นเซ็นเซอร์ความเร็วเชิงมุมของไฟเบอร์ ซึ่งเป็นเซ็นเซอร์ที่มีแนวโน้มมากที่สุดในบรรดาเซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติกต่างๆ ไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติก เช่นเดียวกับไจโรสโคปแบบวงแหวนเลเซอร์ มีข้อดีคือไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวด้วยกลไก ไม่มีเวลาอุ่นเครื่อง การเร่งความเร็วแบบไร้ความรู้สึก ช่วงไดนามิกกว้าง เอาต์พุตดิจิตอล และขนาดที่เล็ก นอกจากนี้ ไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติกยังเอาชนะข้อบกพร่องร้ายแรงของไจโรสโคปแบบเลเซอร์วงแหวน เช่น ค่าใช้จ่ายสูงและปรากฏการณ์การปิดกั้น ดังนั้นไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติกจึงได้รับการยกย่องจากหลายประเทศ ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกพลเรือนที่มีความแม่นยำต่ำได้รับการผลิตเป็นชุดเล็กๆ ในยุโรปตะวันตก คาดว่าในปี 1994 ยอดขายไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติกในตลาดไจโรสโคปของอเมริกาจะสูงถึง 49% และไจโรสโคปแบบเคเบิลจะครองอันดับสอง (คิดเป็น 35% ของยอดขาย)

หลักการทำงานของไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติกนั้นขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ Sagnac เอฟเฟกต์ Sagnac เป็นเอฟเฟกต์ที่เกี่ยวข้องโดยทั่วไปของการแพร่กระจายของแสงในเส้นทางแสงแบบวงปิดที่หมุนสัมพันธ์กับปริภูมิเฉื่อย นั่นคือลำแสงสองลำที่มีลักษณะเท่ากันที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงเดียวกันในเส้นทางแสงแบบปิดเดียวกันที่แพร่กระจายในทิศทางตรงกันข้าม . ในที่สุดก็รวมเข้ากับจุดตรวจจับเดียวกัน
หากมีความเร็วเชิงมุมของการหมุนสัมพันธ์กับพื้นที่เฉื่อยรอบแกนที่ตั้งฉากกับระนาบของเส้นทางแสงแบบปิด เส้นทางแสงที่เดินทางโดยลำแสงในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับจะแตกต่างกัน ส่งผลให้เกิดความแตกต่างในเส้นทางแสง และความแตกต่างของเส้นทางแสงจะเป็นสัดส่วนกับความเร็วเชิงมุมของการหมุน - ดังนั้นตราบใดที่ทราบความแตกต่างของเส้นทางแสงและข้อมูลความแตกต่างของเฟสที่สอดคล้องกันก็สามารถรับความเร็วเชิงมุมของการหมุนได้

เมื่อเปรียบเทียบกับไจโรสโคปแบบเครื่องกลไฟฟ้าหรือไจโรสโคปแบบเลเซอร์ ไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติกมีลักษณะดังต่อไปนี้:
(1) มีเพียงไม่กี่ชิ้นส่วน เครื่องมือมีความมั่นคงและทนทานต่อแรงกระแทกและความเร่งได้ดี
(2) เส้นใยขดนั้นยาวกว่า ซึ่งช่วยเพิ่มความไวในการตรวจจับและความละเอียดได้หลายขนาดมากกว่าไจโรสโคปแบบเลเซอร์
(3) ไม่มีชิ้นส่วนเกียร์กล และไม่มีปัญหาการสึกหรอ จึงมีอายุการใช้งานยาวนาน
(4) ง่ายต่อการใช้เทคโนโลยีวงจรออปติคอลแบบบูรณาการ สัญญาณมีเสถียรภาพ และสามารถนำมาใช้โดยตรงสำหรับเอาต์พุตดิจิตอลและเชื่อมต่อกับอินเทอร์เฟซคอมพิวเตอร์
(5) ด้วยการเปลี่ยนความยาวของใยแก้วนำแสงหรือจำนวนการแพร่กระจายของแสงแบบวนรอบในขดลวด ทำให้สามารถบรรลุความแม่นยำที่แตกต่างกันและสามารถรับช่วงไดนามิกที่กว้างได้
(6) ลำแสงต่อเนื่องกันมีเวลาการแพร่กระจายสั้น ดังนั้น โดยหลักการแล้ว ลำแสงนี้สามารถเริ่มได้ทันทีโดยไม่ต้องอุ่นเครื่อง
(7) สามารถใช้ร่วมกับวงแหวนเลเซอร์ไจโรสโคปเพื่อสร้างเซ็นเซอร์ของระบบนำทางเฉื่อยต่างๆ โดยเฉพาะเซ็นเซอร์ของระบบนำทางเฉื่อยแบบสายรัดลง
(8) โครงสร้างเรียบง่าย ราคาต่ำ ขนาดเล็กและน้ำหนักเบา

การจำแนกประเภท
ตามหลักการทำงาน:
ปัจจุบันมีการใช้ไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติกแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริก (I-FOG) ซึ่งเป็นไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติกรุ่นแรก ใช้คอยล์ใยแก้วนำแสงแบบหลายรอบเพื่อเพิ่มเอฟเฟ็กต์ SAGNAC อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์แบบทอรอยด์แบบลำแสงคู่ที่ประกอบด้วยคอยล์ใยแก้วนำแสงโหมดเดี่ยวแบบหลายเลี้ยวสามารถให้ความแม่นยำสูงกว่า และจะทำให้โครงสร้างโดยรวมมีความซับซ้อนมากขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกเรโซแนนซ์ (R-FOG) เป็นไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกรุ่นที่สอง ใช้เครื่องสะท้อนเสียงแบบวงแหวนเพื่อเพิ่มเอฟเฟกต์ SAGNAC และการแพร่กระจายแบบวนเพื่อปรับปรุงความแม่นยำ ดังนั้นจึงสามารถใช้เส้นใยที่สั้นกว่าได้ R-FOG จำเป็นต้องใช้แหล่งกำเนิดแสงที่มีความต่อเนื่องกันสูงเพื่อเพิ่มเอฟเฟกต์การสั่นพ้องของช่องเรโซแนนซ์ แต่แหล่งกำเนิดแสงที่มีความเชื่อมโยงกันที่แข็งแกร่งยังทำให้เกิดเอฟเฟกต์แบบปรสิตมากมายอีกด้วย วิธีกำจัดผลกระทบของปรสิตเหล่านี้ถือเป็นอุปสรรคทางเทคนิคหลักในปัจจุบัน
ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกกระจัดกระจาย Brillouin กระตุ้น (B-FOG) ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกรุ่นที่สามได้รับการปรับปรุงจากสองรุ่นก่อนหน้า และยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยทางทฤษฎี
ตามองค์ประกอบของระบบออปติคัล: ประเภทออปติคัลแบบรวมและไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกแบบไฟเบอร์ทั้งหมด
ตามโครงสร้าง: ไจโรสโคปใยแก้วนำแสงแกนเดียวและหลายแกน
ตามประเภทลูป: ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกแบบวงเปิดและไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกแบบวงปิด

นับตั้งแต่เปิดตัวในปี 1976 ไจโรสโคปของไฟเบอร์ออปติกได้รับการพัฒนาอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ไจโรสโคปของไฟเบอร์ออปติกยังคงมีปัญหาทางเทคนิคหลายประการ ปัญหาเหล่านี้ส่งผลต่อความแม่นยำและความเสถียรของไจโรสโคปของไฟเบอร์ออปติก ดังนั้นจึงจำกัดการใช้งานที่หลากหลาย ส่วนใหญ่ประกอบด้วย:
(1) ผลกระทบของอุณหภูมิชั่วคราว ตามทฤษฎีแล้ว เส้นทางแสงที่แพร่กระจายกลับทั้งสองเส้นทางในริงอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์นั้นมีความยาวเท่ากัน แต่จะเป็นจริงเฉพาะเมื่อระบบไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลาเท่านั้น การทดลองแสดงให้เห็นว่าข้อผิดพลาดของเฟสและการดริฟท์ของค่าการวัดอัตราการหมุนเป็นสัดส่วนกับอนุพันธ์ของเวลาของอุณหภูมิ สิ่งนี้เป็นอันตรายมากโดยเฉพาะในช่วงวอร์มอัพ
(2) อิทธิพลของการสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนจะส่งผลต่อการวัดด้วย ต้องใช้บรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสมเพื่อให้ขดลวดมีความแข็งแรงดี การออกแบบกลไกภายในต้องสมเหตุสมผลมากเพื่อป้องกันเสียงสะท้อน
(3) อิทธิพลของโพลาไรซ์ ปัจจุบันไฟเบอร์โหมดเดี่ยวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือไฟเบอร์โหมดโพลาไรซ์แบบคู่ การรีฟริงเจนซ์ของเส้นใยจะทำให้เกิดเฟสของปรสิตที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการกรองโพลาไรเซชัน ไฟเบอร์ดีโพลาไรเซชันสามารถระงับโพลาไรเซชันได้ แต่จะส่งผลให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น
เพื่อที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพของตัวท็อป มีการเสนอวิธีแก้ปัญหาต่างๆ รวมถึงการปรับปรุงส่วนประกอบของไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติก และการปรับปรุงวิธีการประมวลผลสัญญาณ