الألياف البصرية الدوران

جيروسكوب الألياف الضوئية هو مستشعر السرعة الزاوية للألياف، وهو الأكثر واعدة بين أجهزة استشعار الألياف الضوئية المختلفة. يتمتع جيروسكوب الألياف الضوئية، مثل جيروسكوب الليزر الحلقي، بمزايا عدم وجود أجزاء متحركة ميكانيكية، وعدم وجود وقت للإحماء، والتسارع غير الحساس، والنطاق الديناميكي الواسع، والإخراج الرقمي، والحجم الصغير. بالإضافة إلى ذلك، يتغلب جيروسكوب الألياف الضوئية أيضًا على أوجه القصور القاتلة في جيروسكوبات الليزر الحلقية مثل التكلفة العالية وظاهرة الحجب. ولذلك، تقدر العديد من البلدان جيروسكوبات الألياف الضوئية. تم إنتاج جيروسكوبات الألياف الضوئية المدنية منخفضة الدقة بكميات صغيرة في أوروبا الغربية. تشير التقديرات إلى أنه في عام 1994، ستصل مبيعات جيروسكوبات الألياف الضوئية في سوق الجيروسكوب الأمريكي إلى 49٪، وسيحتل جيروسكوب الكابل المركز الثاني (وهو ما يمثل 35٪ من المبيعات).

يعتمد مبدأ عمل جيروسكوب الألياف الضوئية على تأثير سانياك. تأثير سانياك هو تأثير عام مرتبط بانتشار الضوء في مسار بصري مغلق يدور بالنسبة إلى الفضاء بالقصور الذاتي، أي أن شعاعين من الضوء بخصائص متساوية منبعثتين من نفس مصدر الضوء في نفس المسار البصري المغلق ينتشران في اتجاهين متعاكسين. . وأخيرا دمج إلى نفس نقطة الكشف.
إذا كانت هناك سرعة زاوية للدوران بالنسبة إلى الفضاء القصوري حول المحور المتعامد مع مستوى المسار البصري المغلق، فإن المسار البصري الذي تنتقله أشعة الضوء في الاتجاهين الأمامي والخلفي يختلف، مما يؤدي إلى اختلاف المسار البصري، ويتناسب فرق المسار البصري مع السرعة الزاوية للدوران. . لذلك، طالما أن فرق المسار البصري ومعلومات فرق الطور المقابلة معروفة، يمكن الحصول على السرعة الزاوية للدوران.

بالمقارنة مع الجيروسكوب الكهروميكانيكي أو جيروسكوب الليزر، يتميز جيروسكوب الألياف الضوئية بالخصائص التالية:
(1) أجزاء قليلة، الأداة ثابتة ومستقرة، ولها مقاومة قوية للتأثير والتسارع؛
(2) الألياف الملتفة أطول، مما يحسن حساسية الكشف والدقة بعدة أوامر من حيث الحجم مقارنة بجيروسكوب الليزر؛
(3) لا توجد أجزاء نقل ميكانيكية، ولا توجد مشكلة تآكل، لذلك تتمتع بعمر خدمة طويل؛
(4) من السهل اعتماد تكنولوجيا الدوائر الضوئية المتكاملة، والإشارة مستقرة، ويمكن استخدامها مباشرة للإخراج الرقمي وتوصيلها بواجهة الكمبيوتر؛
(5) عن طريق تغيير طول الألياف الضوئية أو عدد الانتشار الدوري للضوء في الملف، يمكن تحقيق دقة مختلفة ويمكن تحقيق نطاق ديناميكي واسع؛
(6) يتمتع الشعاع المتماسك بوقت انتشار قصير، لذا من حيث المبدأ يمكن تشغيله على الفور دون تسخين مسبق؛
(7) يمكن استخدامه مع جيروسكوب الليزر الحلقي لتشكيل أجهزة استشعار لمختلف أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي، وخاصة أجهزة الاستشعار لأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي؛
(8) هيكل بسيط، سعر منخفض، حجم صغير وخفيف الوزن.

تصنيف
وفقا لمبدأ العمل:
تعد جيروسكوبات الألياف الضوئية التداخلية (I-FOG)، الجيل الأول من جيروسكوبات الألياف الضوئية، هي الأكثر استخدامًا حاليًا. يستخدم ملف ألياف بصرية متعدد الدورات لتعزيز تأثير SAGNAC. يمكن لمقياس التداخل الحلقي ثنائي الشعاع الذي يتكون من ملف ألياف ضوئية متعدد المنعطفات أحادي الوضع أن يوفر دقة أعلى وسيؤدي حتمًا إلى جعل الهيكل العام أكثر تعقيدًا؛
جيروسكوب الألياف الضوئية الرنان (R-FOG) هو جيروسكوب الألياف الضوئية من الجيل الثاني. يستخدم مرنانًا حلقيًا لتعزيز تأثير SAGNAC والانتشار الدوري لتحسين الدقة. ولذلك، فإنه يمكن استخدام ألياف أقصر. يحتاج R-FOG إلى استخدام مصدر ضوء متماسك قوي لتعزيز تأثير الرنين لتجويف الرنين، ولكن مصدر الضوء المتماسك القوي يجلب أيضًا العديد من التأثيرات الطفيلية. إن كيفية القضاء على هذه التأثيرات الطفيلية هي العقبة التقنية الرئيسية حاليًا.
جيروسكوب الألياف الضوئية المحفز Brillouin (B-FOG)، يعد جيروسكوب الألياف الضوئية من الجيل الثالث بمثابة تحسن مقارنة بالجيلين السابقين، ولا يزال في مرحلة البحث النظري.
وفقًا لتكوين النظام البصري: النوع البصري المتكامل وجيروسكوب الألياف الضوئية من نوع الألياف بالكامل.
وفقًا للهيكل: جيروسكوبات الألياف الضوئية أحادية المحور ومتعددة المحاور.
حسب نوع الحلقة: جيروسكوب الألياف الضوئية ذو الحلقة المفتوحة وجيروسكوب الألياف الضوئية ذو الحلقة المغلقة.

منذ طرحه في عام 1976، تم تطوير جيروسكوب الألياف الضوئية بشكل كبير. ومع ذلك، لا يزال جيروسكوب الألياف الضوئية يعاني من سلسلة من المشكلات التقنية، تؤثر هذه المشكلات على دقة واستقرار جيروسكوب الألياف الضوئية، وبالتالي تحد من نطاق تطبيقاته الواسع. يشمل بشكل رئيسي:
(1) تأثير درجة الحرارة العابرة. من الناحية النظرية، فإن مساري الضوء المنتشرين للخلف في مقياس التداخل الحلقي متساويان في الطول، لكن هذا صحيح تمامًا فقط عندما لا يتغير النظام مع مرور الوقت. أظهرت التجارب أن خطأ الطور وانحراف قيمة قياس معدل الدوران يتناسبان مع المشتق الزمني لدرجة الحرارة. وهذا ضار جدًا، خاصة في فترة الإحماء.
(2) تأثير الاهتزاز. سيؤثر الاهتزاز أيضًا على القياس. يجب استخدام التغليف المناسب لضمان المتانة الجيدة للملف. يجب أن يكون التصميم الميكانيكي الداخلي معقولاً جداً لمنع الرنين.
(3) تأثير الاستقطاب. في الوقت الحاضر، الألياف أحادية الوضع الأكثر استخدامًا هي ألياف وضع الاستقطاب المزدوج. سوف ينتج عن الانكسار المزدوج للألياف اختلاف في الطور الطفيلي، لذلك يلزم ترشيح الاستقطاب. يمكن لألياف إزالة الاستقطاب أن تمنع الاستقطاب، لكنها ستؤدي إلى زيادة في التكلفة.
من أجل تحسين أداء الجزء العلوي. وقد تم اقتراح حلول مختلفة. بما في ذلك تحسين مكونات جيروسكوب الألياف الضوئية، وتحسين طرق معالجة الإشارات.