Giroscópio de fibra óptica

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 em anel, tem as vantagens de não ter partes móveis mecânicas, nenhum 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 a laser em anel, como alto custo e fenômeno de bloqueio. Portanto, os giroscópios de fibra óptica são valorizados por muitos países. Giroscópios civis de fibra óptica 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%, e o giroscópio a cabo ficará em segundo lugar (representando 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, mescle-se no 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 do caminho óptico e as informações de diferença de fase correspondentes sejam conhecidas, a velocidade angular rotacional 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 possui forte resistência ao impacto e aceleração;
(2) A fibra enrolada é mais longa, o que melhora a sensibilidade e a resolução da detecção em várias ordens de grandeza do que a do giroscópio a laser;
(3) Não há peças de transmissão mecânica e não há problemas 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) Ao alterar 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, pode ser iniciado instantaneamente sem pré-aquecimento;
(7) Pode ser usado em conjunto com o giroscópio a laser em anel para formar sensores de vários sistemas de navegação inercial, especialmente os sensores de sistemas de navegação inercial amarrados;
(8) Estrutura simples, preço baixo, tamanho pequeno e peso leve.

Classificação
De acordo com o princípio de funcionamento:
Os giroscópios interferométricos de fibra óptica (I-FOG), a primeira geração de giroscópios de fibra óptica, são atualmente os mais utilizados. Ele usa uma bobina de fibra óptica multivoltas para aumentar o efeito SAGNAC. Um interferômetro toroidal de feixe duplo composto por uma bobina de fibra óptica monomodo 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 de anel para aumentar o efeito SAGNAC e propagação cíclica para melhorar a precisão. Portanto, 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 estes efeitos parasitários é atualmente o principal obstáculo técnico.
Giroscópio de fibra óptica de dispersão de Brillouin estimulado (B-FOG), o giroscópio de fibra óptica de terceira geração é uma melhoria em relação às duas gerações anteriores e ainda está em fase de pesquisa teórica.
De acordo com a composição do sistema óptico: tipo óptico integrado e giroscópio de fibra óptica totalmente em fibra.
De acordo com a estrutura: giroscópios de fibra óptica de eixo único e multieixo.
Por tipo de loop: giroscópio de fibra óptica de circuito aberto e giroscópio de fibra óptica de circuito fechado.

Desde a sua introdução em 1976, o giroscópio de fibra óptica foi bastante desenvolvido. Porém, o giroscópio de fibra óptica ainda apresenta uma série de problemas técnicos, esses problemas afetam a precisão e 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 retropropagação no interferômetro de anel têm comprimento igual, mas isso é estritamente verdade 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 à derivada temporal da temperatura. Isto é muito prejudicial, especialmente durante o período de aquecimento.
(2) A influência da vibração. A vibração também afetará a medição. Deve ser utilizada embalagem apropriada para garantir uma boa robustez da bobina. O projeto mecânico interno deve ser bastante razoável para evitar ressonância.
(3) A influência da polarização. Hoje em dia, a fibra monomodo mais utilizada é uma fibra de modo de dupla polarização. A birrefringência da fibra produzirá uma diferença de fase parasita, 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 sinais.