الألياف البصرية الدوران

جيروسكوب الألياف الضوئية هو مستشعر السرعة الزاوية للألياف ، وهو الأكثر واعدة بين أجهزة استشعار الألياف البصرية المختلفة. يتميز جيروسكوب الألياف الضوئية ، مثل جيروسكوب الليزر الدائري ، بمزايا عدم وجود أجزاء متحركة ميكانيكية ، وعدم وجود وقت للتسخين ، وتسارع غير حساس ، ونطاق ديناميكي واسع ، وإخراج رقمي ، وصغر الحجم. بالإضافة إلى ذلك ، يتغلب جيروسكوب الألياف الضوئية أيضًا على أوجه القصور القاتلة في جيروسكوبات الليزر الحلقية مثل التكلفة العالية وظاهرة الحجب. لذلك ، تقدر العديد من البلدان جيروسكوبات الألياف البصرية. تم إنتاج جيروسكوبات الألياف البصرية المدنية منخفضة الدقة على دفعات صغيرة في أوروبا الغربية. تشير التقديرات إلى أنه في عام 1994 ، ستصل مبيعات جيروسكوب الألياف الضوئية في سوق الجيروسكوب الأمريكي إلى 49٪ ، وسيحتل جيروسكوب الكابل المرتبة الثانية (يمثل 35٪ من المبيعات).

يعتمد مبدأ عمل جيروسكوب الألياف الضوئية على تأثير Sagnac. تأثير Sagnac هو تأثير عام مرتبط بانتشار الضوء في مسار بصري مغلق الحلقة يدور بالنسبة إلى الفضاء بالقصور الذاتي ، أي أن حزمتين من الضوء بخصائص متساوية تنبعثان من نفس مصدر الضوء في نفس المسار البصري المغلق ينتشران في اتجاهين متعاكسين . اندمج أخيرًا في نفس نقطة الكشف.
إذا كانت هناك سرعة زاوية للدوران بالنسبة إلى الفضاء بالقصور الذاتي حول المحور العمودي على مستوى المسار البصري المغلق ، فإن المسار البصري الذي تنتقله أشعة الضوء في الاتجاهين الأمامي والخلفي يكون مختلفًا ، مما ينتج عنه اختلاف في المسار البصري ، ويتناسب اختلاف المسار البصري مع السرعة الزاوية للدوران. . لذلك ، طالما أن اختلاف المسار البصري ومعلومات فرق الطور المقابلة معروفة ، يمكن الحصول على السرعة الزاوية الدورانية.

بالمقارنة مع الجيروسكوب الكهروميكانيكي أو الجيروسكوب الليزري ، يتميز جيروسكوب الألياف البصرية بالخصائص التالية:
(1) أجزاء قليلة ، الأداة ثابتة ومستقرة ، ولها مقاومة قوية للتأثير والتسارع ؛
(2) الألياف الملفوفة أطول ، مما يحسن حساسية الكشف والدقة بعدة أوامر من حيث الحجم من جيروسكوب الليزر ؛
(3) لا توجد أجزاء نقل ميكانيكية ، ولا توجد مشكلة تآكل ، لذلك لها عمر خدمة طويل ؛
(4) من السهل اعتماد تقنية الدوائر الضوئية المتكاملة ، والإشارة مستقرة ، ويمكن استخدامها مباشرة للإخراج الرقمي ومتصلة 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) الحزمة المتماسكة لها وقت انتشار قصير ، لذلك من حيث المبدأ يمكن أن تبدأ على الفور دون التسخين المسبق ؛
(7) يمكن استخدامه مع الجيروسكوب الليزري الدائري لتشكيل مجسات لأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي المختلفة ، ولا سيما مستشعرات أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي ذات الحزام ؛
(8) هيكل بسيط وسعر منخفض وصغر الحجم وخفيف الوزن.

تصنيف
وفقًا لمبدأ العمل:
تعتبر جيروسكوبات الألياف البصرية المتداخل (I-FOG) ، وهي الجيل الأول من جيروسكوبات الألياف البصرية ، الأكثر استخدامًا حاليًا. يستخدم ملف ألياف بصرية متعدد الدورات لتعزيز تأثير SAGNAC. يمكن لمقياس التداخل الحلقي ثنائي الشعاع المكون من ملف ليفي ضوئي أحادي الاتجاه متعدد الدورات أن يوفر دقة أعلى وسيجعل الهيكل العام أكثر تعقيدًا ؛
جيروسكوب الألياف الضوئية الرنانة (R-FOG) هو الجيل الثاني من جيروسكوب الألياف البصرية. يستخدم مرنانًا حلقيًا لتعزيز تأثير SAGNAC والانتشار الدوري لتحسين الدقة. لذلك ، يمكنها استخدام ألياف أقصر. يحتاج R-FOG إلى استخدام مصدر ضوء قوي ومتماسك لتعزيز تأثير الرنين لتجويف الرنين ، ولكن مصدر الضوء القوي المتماسك يجلب أيضًا العديد من التأثيرات الطفيلية. كيفية القضاء على هذه الآثار الطفيلية هي حاليا العقبة التقنية الرئيسية.
جيروسكوب الألياف الضوئية المبعثر Brillouin (B-FOG) ، جيروسكوب الألياف البصرية من الجيل الثالث هو تحسن مقارنة بالجيلين السابقين ، ولا يزال في مرحلة البحث النظري.
وفقًا لتكوين النظام البصري: النوع البصري المتكامل وجيروسكوب الألياف الضوئية بالكامل.
وفقًا للهيكل: جيروسكوبات الألياف البصرية أحادية المحور ومتعددة المحاور.
حسب نوع الحلقة: جيروسكوب الألياف البصرية ذو الحلقة المفتوحة وجيروسكوب الألياف البصرية ذو الحلقة المغلقة.

منذ طرحه في عام 1976 ، تم تطوير جيروسكوب الألياف البصرية بشكل كبير. ومع ذلك ، لا يزال جيروسكوب الألياف البصرية يعاني من سلسلة من المشاكل الفنية ، فهذه المشاكل تؤثر على دقة واستقرار جيروسكوب الألياف البصرية ، وبالتالي تحد من نطاق تطبيقاته الواسع. تشمل بشكل أساسي:
(1) تأثير درجات الحرارة العابرة. من الناحية النظرية ، يتساوى طول مساري ضوء الانتشار الخلفي في مقياس التداخل الحلقي ، ولكن هذا صحيح تمامًا فقط عندما لا يتغير النظام بمرور الوقت. تظهر التجارب أن خطأ المرحلة وانحراف قيمة قياس معدل الدوران يتناسبان مع مشتق الوقت لدرجة الحرارة. هذا ضار للغاية ، خاصة خلال فترة الإحماء.
(2) تأثير الاهتزاز. سيؤثر الاهتزاز أيضًا على القياس. يجب استخدام العبوات المناسبة لضمان المتانة الجيدة للملف. يجب أن يكون التصميم الميكانيكي الداخلي معقولًا جدًا لمنع الرنين.
(3) تأثير الاستقطاب. في الوقت الحاضر ، الألياف أحادية الوضع الأكثر استخدامًا هي ألياف وضع الاستقطاب المزدوج. سينتج عن انكسار الألياف اختلاف طفيلي ، لذلك يلزم ترشيح الاستقطاب. يمكن أن تثبط ألياف إزالة الاستقطاب الاستقطاب ، لكنها ستؤدي إلى زيادة التكلفة.
من أجل تحسين أداء القمة. تم اقتراح حلول مختلفة. بما في ذلك تحسين مكونات جيروسكوب الألياف الضوئية ، وتحسين طرق معالجة الإشارات.