광섬유 자이로

광섬유 자이로 스코프는 다양한 광섬유 센서 중에서 가장 유망한 광섬유 각속도 센서입니다. 링 레이저 자이로스코프와 마찬가지로 광섬유 자이로스코프는 기계적으로 움직이는 부품이 없고 예열 시간이 없으며 가속도에 민감하지 않으며 넓은 동적 범위, 디지털 출력 및 작은 크기라는 장점을 가지고 있습니다. 또한, 광섬유 자이로스코프는 고가, 블로킹 현상 등 링 레이저 자이로스코프의 치명적인 단점도 극복했다. 따라서 광섬유 자이로스코프는 많은 국가에서 높이 평가됩니다. 저정밀 민간 광섬유 자이로스코프는 서유럽에서 소량 생산되었습니다. 1994년에는 미국 자이로스코프 시장에서 광섬유 자이로스코프의 판매량이 49%에 달할 것으로 추산되며, 케이블 자이로스코프가 2위(매출의 35%를 차지)를 차지할 것으로 예상됩니다.

광섬유 자이로스코프의 작동 원리는 Sagnac 효과를 기반으로 합니다. Sagnac 효과는 관성 공간을 기준으로 회전하는 폐쇄 루프 광 경로에서 빛이 전파되는 일반적인 관련 효과입니다. 즉, 동일한 폐쇄 광 경로에서 동일한 광원에서 방출된 동일한 특성을 갖는 두 개의 광선이 반대 방향으로 전파됩니다. . 마지막으로 동일한 감지 지점으로 병합됩니다.
닫힌 광로의 평면에 수직인 축 주위의 관성 공간에 대해 회전의 각속도가 있는 경우, 광빔이 정방향과 역방향으로 이동하는 광로는 다르므로 광로 차이가 발생하며, 광 경로 차이는 회전 각속도에 비례합니다. . 따라서, 광로차와 이에 따른 위상차 정보를 알고 있으면 회전각속도를 구할 수 있다.

전기기계식 자이로스코프나 레이저 자이로스코프와 비교하여 광섬유 자이로스코프는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.
(1) 부품이 적고 견고하고 안정적이며 충격과 가속에 강한 저항력을 가지고 있습니다.
(2) 코일형 광섬유는 더 길어서 레이저 자이로스코프보다 감지 감도와 분해능이 몇 배나 향상됩니다.
(3) 기계적인 변속기 부품이 없고 마모 문제가 없으므로 수명이 길다.
(4) 통합 광학 회로 기술을 채택하기 쉽고 신호가 안정적이며 디지털 출력에 직접 사용하고 컴퓨터 인터페이스와 연결할 수 있습니다.
(5) 광섬유의 길이나 코일 내 빛의 순환 전파 수를 변경하면 다양한 정밀도를 얻을 수 있고 넓은 동적 범위를 얻을 수 있습니다.
(6) 응집성 빔은 전파 시간이 짧기 때문에 원칙적으로 예열 없이 즉시 시작할 수 있습니다.
(7) 링 레이저 자이로 스코프와 함께 다양한 관성 항법 시스템의 센서, 특히 스트랩 다운 관성 항법 시스템의 센서를 형성하는 데 사용할 수 있습니다.
(8) 구조가 간단하고 가격이 저렴하며 크기가 작고 가볍습니다.

분류
작동 원리에 따르면:
1세대 광섬유 자이로스코프인 간섭계 광섬유 자이로스코프(I-FOG)가 현재 가장 널리 사용됩니다. SAGNAC 효과를 높이기 위해 다중 회전 광섬유 코일을 사용합니다. 다중 회전 단일 모드 광섬유 코일로 구성된 이중 빔 토로이달 간섭계는 더 높은 정확도를 제공할 수 있으며 필연적으로 전체 구조를 더 복잡하게 만듭니다.
공진형 광섬유 자이로스코프(R-FOG)는 2세대 광섬유 자이로스코프입니다. 링 공진기를 사용하여 SAGNAC 효과를 강화하고 순환 전파를 통해 정확도를 향상시킵니다. 따라서 더 짧은 섬유를 사용할 수 있습니다. R-FOG는 공진 공동의 공명 효과를 향상시키기 위해 강력한 간섭성 광원을 사용해야 하지만, 강한 간섭성 광원은 또한 많은 기생 효과를 가져옵니다. 이러한 기생 효과를 제거하는 방법은 현재 주요 기술적 장애물입니다.
3세대 광섬유 자이로스코프인 B-FOG(자극 브릴루앙 산란 광섬유 자이로스코프)는 이전 두 세대에 비해 개선되었으며 아직 이론적인 연구 단계에 있습니다.
광학 시스템의 구성에 따라: 통합 광학 유형 및 전체 섬유 유형 광섬유 자이로스코프.
구조에 따르면 단일 축 및 다축 광섬유 자이로스코프가 있습니다.
루프 유형별: 개방 루프 광섬유 자이로스코프 및 폐쇄 루프 광섬유 자이로스코프.

광섬유 자이로스코프는 1976년 처음 소개된 이후 많은 발전을 이루었습니다. 그러나 광섬유 자이로스코프에는 여전히 일련의 기술적 문제가 있으며 이러한 문제는 광섬유 자이로스코프의 정확성과 안정성에 영향을 미치므로 광범위한 적용 범위가 제한됩니다. 주로 다음을 포함합니다:
(1) 온도 과도 현상의 영향. 이론적으로 링 간섭계의 두 역전파 광 경로는 길이가 동일하지만 이는 시스템이 시간에 따라 변하지 않는 경우에만 엄격하게 적용됩니다. 실험을 통해 위상 오차와 회전율 측정 값의 드리프트가 온도의 시간 미분에 비례한다는 것을 알 수 있습니다. 이는 특히 워밍업 기간 동안 매우 해롭습니다.
(2) 진동의 영향. 진동도 측정에 영향을 미칩니다. 코일의 견고함을 보장하려면 적절한 포장을 사용해야 합니다. 공진을 방지하려면 내부 기계 설계가 매우 합리적이어야 합니다.
(3) 양극화의 영향. 현재 가장 널리 사용되는 단일 모드 광섬유는 이중 편파 모드 광섬유입니다. 광섬유의 복굴절은 기생 위상차를 생성하므로 편광 필터링이 필요합니다. 탈분극 광섬유는 분극을 억제할 수 있지만 비용 증가로 이어진다.
상단의 성능을 향상시키기 위해. 다양한 솔루션이 제안되었습니다. 광섬유 자이로스코프의 구성 요소 개선 및 신호 처리 방법 개선이 포함됩니다.