Giroscópio de fibra ótica

O giroscópio de fibra óptica é o sensor de velocidade angular de fibra, que é o mais promissor entre os vários sensores de fibra óptica. O giroscópio de fibra óptica, assim como o giroscópio a laser de anel, tem as vantagens de não ter partes móveis mecânicas, tempo de aquecimento, aceleração insensível, ampla faixa dinâmica, saída digital e tamanho pequeno. Além disso, o giroscópio de fibra óptica também supera as deficiências fatais dos giroscópios de laser em anel, como alto custo e fenômeno de bloqueio. Portanto, os giroscópios de fibra óptica são valorizados por muitos países. Os giroscópios de fibra óptica civis de baixa precisão foram produzidos em pequenos lotes na Europa Ocidental. Estima-se que em 1994 as vendas de giroscópios de fibra óptica no mercado americano de giroscópios chegarão a 49%, ficando em segundo lugar o giroscópio a cabo (responsável por 35% das vendas).

O princípio de funcionamento do giroscópio de fibra óptica é baseado no efeito Sagnac. O efeito Sagnac é um efeito geral relacionado à propagação da luz em um caminho óptico de circuito fechado girando em relação ao espaço inercial, ou seja, dois feixes de luz com características iguais emitidos da mesma fonte de luz no mesmo caminho óptico fechado se propagam em direções opostas . Finalmente mesclar para o mesmo ponto de detecção.
Se houver uma velocidade angular de rotação em relação ao espaço inercial em torno do eixo perpendicular ao plano do caminho óptico fechado, o caminho óptico percorrido pelos feixes de luz nas direções direta e reversa é diferente, resultando em uma diferença de caminho óptico, e a diferença do caminho óptico é proporcional à velocidade angular de rotação. . Portanto, desde que a diferença de caminho óptico e as informações de diferença de fase correspondentes sejam conhecidas, a velocidade angular de rotação pode ser obtida.

Comparado com o giroscópio eletromecânico ou giroscópio a laser, o giroscópio de fibra óptica tem as seguintes características:
(1) Poucas peças, o instrumento é firme e estável, e tem forte resistência ao impacto e aceleração;
(2) A fibra em espiral é mais longa, o que melhora a sensibilidade de detecção e resolução em várias ordens de magnitude do que a do giroscópio a laser;
(3) Não há peças de transmissão mecânica e não há problema de desgaste, por isso tem uma longa vida útil;
(4) É fácil adotar a tecnologia de circuito óptico integrado, o sinal é estável e pode ser usado diretamente para saída digital e conectado à interface do computador;
(5) Mudando o comprimento da fibra óptica ou o número de propagação cíclica da luz na bobina, diferentes precisões podem ser alcançadas e uma ampla faixa dinâmica pode ser alcançada;
(6) O feixe coerente tem um tempo de propagação curto, portanto, em princípio, ele pode ser iniciado instantaneamente sem pré-aquecimento;
(7) Ele pode ser usado junto com o giroscópio de laser de anel para formar sensores de vários sistemas de navegação inercial, especialmente os sensores de sistemas de navegação inercial de cinta;
(8) Estrutura simples, preço baixo, tamanho pequeno e peso leve.

Classificação
De acordo com o princípio de funcionamento:
Os giroscópios interferométricos de fibra ótica (I-FOG), a primeira geração de giroscópios de fibra ótica, são atualmente os mais amplamente utilizados. Ele usa uma bobina de fibra óptica multi-voltas para aumentar o efeito SAGNAC. Um interferômetro toroidal de feixe duplo composto de uma bobina de fibra óptica de modo único e multivoltas pode fornecer maior precisão e, inevitavelmente, tornará a estrutura geral mais complicada;
O giroscópio de fibra óptica ressonante (R-FOG) é o giroscópio de fibra óptica de segunda geração. Ele usa um ressonador em anel para aumentar o efeito SAGNAC e a propagação cíclica para melhorar a precisão. Portanto, ele pode usar fibras mais curtas. O R-FOG precisa usar uma fonte de luz forte e coerente para aumentar o efeito de ressonância da cavidade ressonante, mas a fonte de luz forte e coerente também traz muitos efeitos parasitas. Como eliminar esses efeitos parasitários é atualmente o principal obstáculo técnico.
O Giroscópio de Fibra Ótica de Espalhamento de Brillouin Estimulado (B-FOG), o giroscópio de fibra ótica de terceira geração, é um aprimoramento das duas gerações anteriores e ainda está em estágio de pesquisa teórica.
De acordo com a composição do sistema ótico: tipo ótico integrado e giroscópio de fibra ótica todo tipo fibra.
De acordo com a estrutura: giroscópios de fibra ótica de eixo único e multieixo.
Por tipo de loop: giroscópio de fibra ótica de loop aberto e giroscópio de fibra ótica de loop fechado.

Desde a sua introdução em 1976, o giroscópio de fibra óptica foi amplamente desenvolvido. No entanto, o giroscópio de fibra óptica ainda apresenta uma série de problemas técnicos, esses problemas afetam a precisão e a estabilidade do giroscópio de fibra óptica e, portanto, limitam sua ampla gama de aplicações. inclui principalmente:
(1) O efeito dos transientes de temperatura. Teoricamente, os dois caminhos de luz de propagação reversa no interferômetro de anel têm o mesmo comprimento, mas isso é estritamente verdadeiro apenas quando o sistema não muda com o tempo. Experimentos mostram que o erro de fase e o desvio do valor de medição da taxa de rotação são proporcionais ao tempo derivado da temperatura. Isso é muito prejudicial, especialmente durante o período de aquecimento.
(2) A influência da vibração. A vibração também afetará a medição. Uma embalagem apropriada deve ser usada para garantir uma boa robustez da bobina. O projeto mecânico interno deve ser bastante razoável para evitar ressonância.
(3) A influência da polarização. Atualmente, a fibra monomodo mais usada é a fibra em modo de polarização dupla. A birrefringência da fibra produzirá uma diferença de fase parasitária, portanto, a filtragem de polarização é necessária. A fibra de despolarização pode suprimir a polarização, mas levará a um aumento no custo.
A fim de melhorar o desempenho do topo. Várias soluções foram propostas. Incluindo a melhoria dos componentes do giroscópio de fibra óptica e a melhoria dos métodos de processamento de sinal.