1. Überblick
Im Gegensatz zu herkömmlichen mechanischen Gyroskopen mit rotierenden Rotoren und gewöhnlichen vibrierenden MEMS-Gyroskopen ist die
Glasfaser-Gyroskop (FOG)ist ein hochpräziser Trägheitssensor ohne bewegliche mechanische Teile.Es nutzt die optischen Übertragungsmerkmale von geschwungenen optischen Fasern, um die Winkelgeschwindigkeit rotierender Objekte genau zu messenMit seinen einzigartigen Vorteilen von hoher Präzision, ausgezeichneter Stabilität und sofortigem Starten füllt FOG die Nachfrage nach High-End-Inerzialschifffahrt, die normale Sensoren nicht erfüllen können.
FOG hat einen extrem breiten dynamischen Messbereich. Es kann eine extrem langsame Rotation erfassen, so subtil wie die Erdrotation,und auch schnell auf Hochgeschwindigkeitsrotation von Flugzeugen und rotierenden Maschinen reagierenEs unterstützt einen Null-Verzögerungsstart und arbeitet stabil ohne die von mechanischen Gyroskopen erforderliche Aufwärmzeit, was für hochpräzise und schnell reagierende industrielle und Luft- und Raumfahrtszenarien von entscheidender Bedeutung ist.
Nach der Konstruktionskonfiguration gliedert sich der FOG in ein- und dreiachsige Typen.mit einer Leistung von mehr als 50 W und. Drei-Achsen-FOG kann eine vollständige dreidimensionale Haltungsanzeige mit höherer Gesamtgenauigkeit realisieren, ist aber größer in der Größe, kostengünstiger und komplexer zu kalibrieren,und ist weit verbreitet in FlugzeugenAufgrund seiner hervorragenden Gesamtleistung wird FOG in der Luft- und Raumfahrt, der Seefahrt,Unterwasserdetektions- und hochpräzise Trägheitsmesssysteme.
2Grundprinzip: Sagnac-Effekt
Der gesamte Funktionsmechanismus von Glasfasergyroskopen basiert auf dem klassischen Sagnac-Effekt, der durch eine einfache und intuitive Analogie verstanden werden kann.Stellen Sie sich zwei Läufer vor, die auf einer Kreisbahn von demselben Punkt anfangenWenn sich die gesamte Strecke in der Zwischenzeit dreht, muss der Läufer, der sich in die gleiche Richtung bewegt wie die Strecke, eine längere Strecke zurücklegen.Während der andere Läufer eine kürzere Strecke zurücklegt, was zu einem winzigen Zeitunterschied bei ihrer Ankunft führt.
FOG arbeitet genau so, mit Licht wie dem "Laufer" und mit optischen Fasern wie der "kreisförmigen Strecke".der in zwei identische Balken aufgeteilt istDie beiden Strahlen bewegen sich im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn entlang der Faserschleife.
Sobald sich das Gerät dreht, ändert sich der optische Übertragungsweg subtil.Form einer winzigen Zeitdifferenz und PhasendifferenzDiese Phasenunterschiede ist streng proportional zur Drehwinkelgeschwindigkeit.Das System kann die Echtzeit-Rotationsgeschwindigkeit des Trägers genau ermitteln.Es ist erwähnenswert, daß dieser Effekt eher aus der Änderung des effektiven optischen Weges bei Rotation als aus der Änderung der Lichtgeschwindigkeit resultiert.Gewährleistung einer hohen Messstabilität und -genauigkeit.
3Grundzusammensetzung von FOG
Ein Glasfaser-Gyroskop ist ein vollständiges optoelektronisches integriertes System, bestehend aus Lichtquelle, optischer Kopplung, Glasfaserspule, Photodetektor und Signalverarbeitungsschaltung.Alle Komponenten arbeiten genau zusammen, um winzige optische Phasenveränderungen in lesbare und genaue elektrische Winkelgeschwindigkeitssignale umzuwandeln..
Lichtquelle: Es liefert stabiles Licht mit geringer Kohärenz (wie SLD- und ASE-Lichtquellen) für das gesamte System.Eine stabile Lichtleistung ist die grundlegende Garantie für die Unterdrückung optischen Rausch und die Gewährleistung der langfristigen Messgenauigkeit von FOG.
Optische Kopplung und Wellenführer für die Y-Schnittstelle: Als optische Kernspalt- und Kombinationskomponente spalten der 2×2-X-Kopplung und der Y-Wellenführer den einzelnen Lichtstrahl in zwei umgekehrte Ausbreitungsstrahlen und kombinieren das zurückgekehrte Licht.Inzwischen, realisiert es Polarisierungssteuerung und Phasenmodulation und legt damit den Grundstein für die Erkennung des Sagnac-Effekts.
Spulen aus FasernEs handelt sich um die Kern-Sensor-Einheit von FOG, die aus ultra-langen optischen Fasern besteht, die in mehreren Drehungen dicht zusammengekrönt sind.wirksame Verbesserung der Sensorempfindlichkeit und -genauigkeitDer Wicklungsprozess und die strukturelle Stabilität der Faserspule bestimmen direkt die Gesamtleistung des Gyroskops.
mit einer Breite von mehr als 20 mm: Es fungiert als optischer Signalempfänger des Systems, erfasst die störenden Lichtstrahlen mit Phasenunterschieden, wandelt subtile Lichtintensitätsänderungen in schwache elektrische Signale um,und liefert ursprüngliche Daten für die anschließende Algorithmuslösung.
Schaltkreis für die Signalverarbeitung: Es verstärkt, demoduliert und kalibriert die schwachen ursprünglichen elektrischen Signale, filtert Geräuschstörungen aus und berechnet schließlich genaue, stabile und nutzbare Winkelgeschwindigkeitsdaten.
4Vorteile, Einschränkungen und Anwendungsposition
Im Vergleich zu mechanischen Gyroskopen und MEMS-Gyroskopen haben Glasfaser-Gyroskopen einzigartige Kernstärken.extrem geringe Langzeitverschiebung und ausgezeichnete ArbeitsstabilitätSie verfügen über starke Schwingungs- und Stoßbeständigkeit, sofortigen Start ohne Verzögerung und eine hohe Messgenauigkeit.die sich an den langfristigen Dauerbetrieb in rauen Umgebungen wie der Luftfahrt anpassen kann, Meeres- und Tiefseeszenarien.
In der Zwischenzeit hat FOG auch offensichtliche Einschränkungen bei der Anwendung. Es erfordert ultra-lange Glasfasern und präzise optische Geräte, was zu einem größeren Volumen und Gewicht führt.höhere Herstellungskosten und relativ höherer StromverbrauchDaher kann es nicht miniaturisiert und verbreitet werden wie bei MEMS-Gyroskopen, und ist nicht für kleine batteriebetriebene tragbare Geräte geeignet.
Im Markt der industriellen und Trägheitsnavigation ersetzt FOG nicht die MEMS-Gyroskope, sondern bildet eine perfekte komplementäre Beziehung.niedrige Kosten und massenhafte zivile Anwendungen, während Glasfasergyroskope sich für hochpräzise, hochstabile und zuverlässige professionelle Navigationsszenarien einsetzen.Es ist der Kern Trägheitssensor für High-End-Ausrüstung wie Flugzeuge, Schiffe, Tiefsee-Detektoren und hochpräzise Trägheitsnavigationssysteme und spielt eine unersetzliche Schlüsselrolle im hochwertigen Trägheitserkennungssektor.
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