Je suis désolée.

Imaginez-vous assis sur une chaise tournante avec les yeux fermés, comment savez-vous à quelle vitesse vous tournez?Mais la technologie moderne offre une solution plus ingénieuse.Il s'agit du gyroscope à fibre optique (FOG), un appareil de pointe qui détecte la rotation avec une précision de pointe sans pièces mobiles.

1Qu'est-ce qu'un gyroscope à fibre optique?

Le gyroscope à fibre optique est un capteur inertiel qui mesure la vitesse angulaire en utilisant la variation des caractéristiques de propagation de la lumière dans un cadre de référence en rotation.Contrairement aux gyroscopes MEMS ou aux gyroscopes mécaniquesIl ne contient pas de blocs de masse tournants ou de structures mécaniques.

Graphique 1.1 Les FOG monoaxiaux de différentes tailles (Source: GUIDENAV)

Les gyroscopes à fibre optique disposent d'une plage de mesure exceptionnellement large, capables de détecter à la fois des rotations extrêmement lentes (telles que 0,01°/h ≈ 3×10−6°/s,ou 1% de la vitesse angulaire de rotation de la Terre) et des rotations à grande vitesse comme les hélicoptères (eComme un " régulateur intelligent ", ils peuvent mesurer rapidement des ponts de plusieurs kilomètres de long tout en détectant les différences au niveau des microns, obtenant un excellent équilibre entre la portée dynamique et la précision.

Figure 1.2 FOG uniaxial, biaxial et triaxial (Source: KVH)

Plus remarquable encore, il fonctionne à la vitesse de la lumière, permettant une "activation instantanée avec zéro latence".Cet avantage de "démarrage à zéro" est révolutionnaire dans les domaines de haute technologie nécessitant une réponse instantanée.

Figure 1.3 FOG à petite échelle de basse précision (Source: NEDAERO et KVH)

Figure 1.4 Comparaison des FOG à un axe et à trois axes

Tableau 1.1 Comparaison de la sélection du gyroscope à fibre optique à un axe et à trois axes

Le gyroscope à fibre optique (FOG) présente de nombreux avantages, tels qu'aucune pièce en mouvement mécanique, une grande fiabilité, un démarrage instantané, une grande précision et une intégration facile.navigation navale, la navigation sous-marine et le système de mesure de l'inertie haut de gamme.

Figure 1.5 Applications typiques du FOG (Source: FOG Photonics)

II. Principe de base  Effet Sagnac

Le noyau du gyroscope à fibre optique est une simple expérience mentale:

Imaginez une piste circulaire où deux coureurs partent simultanément du même point, l'un dans le sens des aiguilles d'une montre et l'autre dans le sens inverse.le coureur dans le sens des aiguilles d'une montre atteindra la ligne d'arrivée en " faisant face " à la direction de rotationBien qu'ils couvrent tous les deux la même distance, leurs temps d'arrivée diffèrent d'une petite marge.

Figure 2.1 Deux coureurs se déplaçant dans des directions opposées se rencontrent à un point de changement pendant la rotation de la piste

Dans l'effet Sagnac, la propagation de la lumière dans le chemin optique de l'anneau est complètement similaire à ce processus.Bien que les deux faisceaux de lumière se propageant dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse suivent le même chemin géométrique, la différence de temps de leur arrivée au détecteur est causée par la rotation du système pendant la propagation, ce qui entraîne une différence de phase.

Graphique 2.2 Effet Sagnac

Dans un gyroscope à fibre optique, la lumière se comporte comme deux athlètes de vitesse comparable, la fibre agissant comme leur piste de course.L'essence de ce phénomène dans le domaine optique est encore plus remarquable. Il dépasse la simple superposition observée dans la physique classique.Selon la relativité, la vitesse de la lumière reste constante. Ce qui change vraiment, c'est le "chemin efficace" que la lumière doit traverser dans le circuit rotatif.

La lumière à faible cohérence de la source est divisée en deux faisceaux et injectée dans la même fibre enroulée, un faisceau se déplaçant dans le sens horaire et l'autre dans le sens inverse.Lorsque l'appareil est stationnaireCependant, lorsque le dispositif tourne, le faisceau se déplaçant dans le sens horaire rencontre son point final en fuite continue et doit parcourir une distance supplémentaire.,Alors que le point final du faisceau en sens inverse s'approche de lui en face.

Figure 2.3 Lumière entrant et sortant de la voie optique

Cette différence de phase est extrêmement petite, mesurée en picosecondes (trillionièmes de seconde), mais elle peut être capturée par des systèmes optiques sophistiqués et convertie en signaux de rotation.Les expériences démontrent que la magnitude de cette différence de phase est directement proportionnelle à la vitesse angulaire de rotation du système, permettant de déduire la vitesse angulaire en détectant des changements de phase dans le signal d'interférence.forme la base physique de la mesure de la vitesse angulaire dans les gyroscopes à fibre optique.

III. Composition

Le gyroscope à fibre optique est basé sur l'effet Sagnac pour mesurer la vitesse angulaire de rotation, mais le principe physique seul ne suffit pas, mais il faut aussi un ensemble de dispositifs spécifiques,pour convertir ce petit effet optique en résultats de mesure lisibles.

Dans l'ensemble, le gyroscope à fibre optique n'est pas un appareil unique, mais une combinaison de plusieurs composants, y compris une source lumineuse, un coupleur, une boucle de fibre, un détecteur et un circuit de traitement du signal.Ces composants travaillent ensemble pour permettre la propagation de la lumière et l'interférence à l'intérieur de la fibre, générant finalement un signal électrique lié à la rotation.

Figure 3.1 Flux de travail typique en boucle ouverte pour les FOG

Graphique 3.2 Flux de travail typique de FOG en boucle fermée

Je suis désolée.