ไฟเบอร์ออปติกไจโร

ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกเป็นเซ็นเซอร์ความเร็วเชิงมุมแบบไฟเบอร์ซึ่งเป็นเซ็นเซอร์ที่มีแนวโน้มดีที่สุดในบรรดาเซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติกต่างๆ ไจโรสโคปใยแก้วนำแสง เช่นเดียวกับไจโรสโคปแบบวงแหวน มีข้อดีของการไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวทางกลไก ไม่มีเวลาอุ่นเครื่อง การเร่งความเร็วที่ไม่ละเอียดอ่อน ช่วงไดนามิกกว้าง เอาต์พุตดิจิตอล และขนาดเล็ก นอกจากนี้ ไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติกยังสามารถเอาชนะข้อบกพร่องร้ายแรงของไจโรสโคปแบบวงแหวนเลเซอร์ เช่น ค่าใช้จ่ายสูงและปรากฏการณ์การอุดตัน ดังนั้นไจโรสโคปใยแก้วนำแสงจึงมีมูลค่าหลายประเทศ ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกพลเรือนที่มีความแม่นยำต่ำผลิตขึ้นเป็นกลุ่มเล็กๆ ในยุโรปตะวันตก คาดว่าในปี 1994 ยอดขายไฟเบอร์ออปติกไจโรสโคปในตลาดไจโรสโคปในอเมริกาจะสูงถึง 49% และไจโรสโคปแบบเคเบิลจะอยู่ที่สอง (คิดเป็น 35% ของยอดขาย)

หลักการทำงานของไจโรสโคปใยแก้วนำแสงขึ้นอยู่กับผลกระทบของ Sagnac เอฟเฟกต์ Sagnac เป็นเอฟเฟกต์ที่เกี่ยวข้องทั่วไปของการแพร่กระจายของแสงในเส้นทางออปติคัลแบบวงปิดที่หมุนสัมพันธ์กับสเปซเฉื่อย นั่นคือ ลำแสงสองลำที่มีคุณสมบัติเท่ากันที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงเดียวกันในเส้นทางออปติคัลปิดเดียวกันจะแพร่กระจายไปในทิศทางตรงกันข้าม . ในที่สุดก็รวมเข้ากับจุดตรวจจับเดียวกัน
หากมีความเร็วเชิงมุมของการหมุนสัมพันธ์กับพื้นที่เฉื่อยรอบแกนที่ตั้งฉากกับระนาบของเส้นทางแสงที่ปิด เส้นทางแสงที่ลำแสงเคลื่อนที่ไปในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับจะแตกต่างกัน ส่งผลให้เส้นทางแสงแตกต่างกัน และความแตกต่างของเส้นทางแสงเป็นสัดส่วนกับความเร็วเชิงมุมของการหมุน . ดังนั้น ตราบใดที่ทราบความแตกต่างของเส้นทางแสงและข้อมูลความแตกต่างของเฟสที่สอดคล้องกัน สามารถรับความเร็วเชิงมุมของการหมุนได้

เมื่อเปรียบเทียบกับไจโรสโคปแบบเครื่องกลไฟฟ้าหรือเลเซอร์ไจโรสโคป ไจโรสโคปใยแก้วนำแสงมีลักษณะดังต่อไปนี้:
(1) มีชิ้นส่วนไม่กี่ชิ้น ตัวเครื่องแน่นและมั่นคง และมีความทนทานต่อแรงกระแทกและการเร่งความเร็ว
(2) เส้นใยขดยาวขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มความไวในการตรวจจับและความละเอียดในการตรวจจับได้หลายระดับเมื่อเทียบกับเลเซอร์ไจโรสโคป
(3) ไม่มีชิ้นส่วนเกียร์กล และไม่มีปัญหาการสึกหรอ จึงมีอายุการใช้งานยาวนาน
(4) ง่ายต่อการนำเทคโนโลยีวงจรออปติคัลแบบบูรณาการมาใช้ สัญญาณมีเสถียรภาพ และสามารถใช้โดยตรงสำหรับเอาต์พุตดิจิตอลและเชื่อมต่อกับอินเทอร์เฟซของคอมพิวเตอร์
(5) โดยการเปลี่ยนความยาวของใยแก้วนำแสงหรือจำนวนการแพร่กระจายของแสงเป็นวงกลมในขดลวด ทำให้ได้ความแม่นยำที่แตกต่างกันและได้ช่วงไดนามิกที่กว้าง
(6) ลำแสงที่เชื่อมโยงกันมีระยะเวลาในการแพร่กระจายสั้น ดังนั้นโดยหลักการแล้ว ลำแสงนั้นสามารถเริ่มได้ทันทีโดยไม่ต้องอุ่น
(7) สามารถใช้ร่วมกับวงแหวนเลเซอร์ไจโรสโคปเพื่อสร้างเซ็นเซอร์ของระบบนำทางเฉื่อยต่างๆ โดยเฉพาะเซ็นเซอร์ของระบบนำทางเฉื่อยแบบรัดสาย
(8) โครงสร้างเรียบง่าย ราคาต่ำ ขนาดเล็ก และน้ำหนักเบา

การจัดหมวดหมู่
ตามหลักการทำงาน:
ไจโรสโคปใยแก้วนำแสงอินเตอร์เฟอโรเมตริก (I-FOG) ซึ่งเป็นไจโรสโคปใยแก้วนำแสงรุ่นแรกในปัจจุบันมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายมากที่สุด ใช้ขดลวดใยแก้วนำแสงแบบหลายรอบเพื่อเพิ่มเอฟเฟกต์ SAGNAC อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์แบบ Toroidal แบบลำแสงคู่ที่ประกอบด้วยคอยล์ไฟเบอร์ออปติกโหมดเดี่ยวแบบหลายเทิร์นสามารถให้ความแม่นยำสูงขึ้น และทำให้โครงสร้างโดยรวมซับซ้อนขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
ไจโรสโคปใยแก้วนำแสงเรโซแนนซ์ (R-FOG) เป็นไจโรสโคปใยแก้วนำแสงรุ่นที่สอง ใช้เครื่องสะท้อนเสียงกริ่งเพื่อปรับปรุงเอฟเฟกต์ SAGNAC และการแพร่กระจายแบบวนซ้ำเพื่อปรับปรุงความแม่นยำ ดังนั้นจึงสามารถใช้เส้นใยที่สั้นกว่าได้ R-FOG ต้องใช้แหล่งกำเนิดแสงที่แข็งแกร่งที่เชื่อมโยงกันเพื่อเพิ่มเอฟเฟกต์การสั่นพ้องของช่องเรโซแนนซ์ แต่แหล่งกำเนิดแสงที่เชื่อมโยงกันที่แข็งแกร่งยังทำให้เกิดเอฟเฟกต์กาฝากมากมาย วิธีกำจัดผลกระทบจากปรสิตเหล่านี้เป็นอุปสรรคทางเทคนิคหลักในปัจจุบัน
Stimulated Brillouin Scattering Fiber Optic Gyroscope (B-FOG) ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกรุ่นที่สามมีการปรับปรุงให้ดีขึ้นกว่าสองรุ่นก่อนหน้านี้ และยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยเชิงทฤษฎี
ตามองค์ประกอบของระบบออปติคัล: ชนิดออปติคัลแบบรวมและไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติกทั้งหมด
ตามโครงสร้าง: ไจโรสโคปใยแก้วนำแสงแกนเดียวและหลายแกน
ตามประเภทลูป: ไจโรสโคปใยแก้วนำแสงวงเปิดและไจโรสโคปใยแก้วนำแสงวงปิด

นับตั้งแต่เปิดตัวในปี 2519 ไจโรสโคปใยแก้วนำแสงได้รับการพัฒนาอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ไจโรสโคปใยแก้วนำแสงยังคงมีปัญหาทางเทคนิคหลายประการ ปัญหาเหล่านี้ส่งผลต่อความแม่นยำและความเสถียรของไจโรสโคปใยแก้วนำแสง ดังนั้นจึงจำกัดการใช้งานที่หลากหลาย ส่วนใหญ่ประกอบด้วย:
(1) ผลกระทบของอุณหภูมิชั่วขณะ ตามทฤษฎีแล้ว เส้นทางแสงที่แพร่กระจายด้านหลังทั้งสองเส้นในเครื่องวัดระยะวงแหวนมีความยาวเท่ากัน แต่จะเป็นจริงเฉพาะเมื่อระบบไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา การทดลองแสดงให้เห็นว่าข้อผิดพลาดของเฟสและความเบี่ยงเบนของค่าการวัดอัตราการหมุนเป็นสัดส่วนกับอนุพันธ์ของเวลาของอุณหภูมิ สิ่งนี้เป็นอันตรายอย่างยิ่งโดยเฉพาะในช่วงระยะเวลาอุ่นเครื่อง
(2) อิทธิพลของการสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนก็จะส่งผลต่อการวัดเช่นกัน ต้องใช้บรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าขดลวดมีความทนทานดี การออกแบบกลไกภายในจะต้องสมเหตุสมผลมากในการป้องกันเสียงสะท้อน
(3) อิทธิพลของโพลาไรซ์ ทุกวันนี้ ไฟเบอร์โหมดเดี่ยวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดคือไฟเบอร์โหมดโพลาไรเซชันคู่ birefringence ของเส้นใยจะสร้างความแตกต่างของเฟสปรสิต ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการกรองแบบโพลาไรซ์ เส้นใยดีโพลาไรซ์สามารถยับยั้งการโพลาไรซ์ได้ แต่จะทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น
เพื่อที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพของด้านบน มีการเสนอวิธีแก้ปัญหาต่างๆ รวมถึงการปรับปรุงส่วนประกอบของไจโรสโคปใยแก้วนำแสงและการปรับปรุงวิธีการประมวลผลสัญญาณ