- Δεν ξέρω.

Φανταστείτε να κάθεστε σε μια περιστρεφόμενη καρέκλα με κλειστά τα μάτια, πώς ξέρετε πόσο γρήγορα περιστρέφεστε;Αλλά η σύγχρονη τεχνολογία προσφέρει μια πιο έξυπνη λύση.Αυτό είναι το γυροσκόπιο οπτικής ινών (FOG), μια προηγμένη συσκευή που ανιχνεύει την περιστροφή με ακρίβεια χωρίς κινούμενα μέρη.

1Τι είναι ένα γυροσκόπιο οπτικών ινών;

Το γυροσκόπιο οπτικών ινών είναι ένας αισθητήρας αδρανείας που μετρά τη γωνιακή ταχύτητα χρησιμοποιώντας την διακύμανση των χαρακτηριστικών διάδοσης του φωτός σε περιστρεφόμενο πλαίσιο αναφοράς.Σε αντίθεση με τα γυροσκόπια MEMS ή τα μηχανικά γυροσκόπιαΤα βασικά στοιχεία του περιλαμβάνουν ένα βρόχο οπτικών ινών πολλαπλών σπασμών, πηγή φωτός και φωτοηλεκτρικό ανιχνευτή.

Σχήμα 1.1 Μονόξυλα FOGs σε διαφορετικά μεγέθη (Πηγή: GUIDENAV)

Τα γυροσκόπια οπτικών ινών διαθέτουν εξαιρετικά ευρύ εύρος μέτρησης, ικανό να ανιχνεύουν τόσο εξαιρετικά αργές περιστροφές (όπως 0,01°/h ≈ 3×10−6°/s,ή 1% της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής της Γης) και υψηλής ταχύτητας περιστροφές όπως οι προπέλες ελικοπτέρων (eΌπως ένα "έξυπνο κανόνα", μπορούν να μετρήσουν γρήγορα γέφυρες μήκους χιλιομέτρων ενώ διακρίνουν διαφορές σε επίπεδο μικρομικρών, επιτυγχάνοντας μια εξαιρετική ισορροπία μεταξύ δυναμικής εμβέλειας και ακρίβειας.

Σχήμα 1.2 Μονάξια, διάξια και τριάξια ΦΟΓ (πηγή: KVH)

Το πιο αξιοσημείωτο είναι ότι λειτουργεί με την ταχύτητα του φωτός, επιτρέποντας "άμεση ενεργοποίηση με μηδενική καθυστέρηση".Αυτό το πλεονέκτημα της μηδενικής εκκίνησης είναι επαναστατικό σε τομείς υψηλής τεχνολογίας που απαιτούν άμεση ανταπόκριση..

Σχήμα 1.3 Μικροσκοπική χαμηλής ακρίβειας FOG (Πηγή: NEDAERO και KVH)

Σχήμα 1.4 Σύγκριση μονοάξονων και τριάξονων FOG

Πίνακας 1.1 Σύγκριση επιλογής γυροσκόπου μονοάξονου και τριάξονου οπτικών ινών

Το γυροσκόπιο οπτικών ινών (FOG) έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως η έλλειψη μηχανικών κινούμενων μερών, η υψηλή αξιοπιστία, η άμεση εκκίνηση, η υψηλή ακρίβεια και η εύκολη ενσωμάτωση.πλοήγηση πλοίων, υποβρύχια πλοήγηση και υψηλού επιπέδου σύστημα μέτρησης αδράνειας.

Σχήμα 1.5 Τυπικές εφαρμογές του FOG (Πηγή: FOG Photonics)

ΙΙ. Βασική αρχή ∆ιαφορά Sagnac

Ο πυρήνας του γυροσκόπου είναι ένα απλό πείραμα σκέψης:

Φανταστείτε μια κυκλική διαδρομή όπου δύο δρομείς ξεκινούν ταυτόχρονα από το ίδιο σημείο, ένας τρέχει με το ρολόι και ο άλλος με το αντίστροφο.ο δρομέας με την κατεύθυνση των ρολογιών θα φτάσει πρώτα στη γραμμή τερματισμού "προστρέποντας" προς την κατεύθυνση της περιστροφήςΠαρόλο που και οι δύο καλύπτουν την ίδια απόσταση, οι χρόνοι άφιξής τους διαφέρουν με ένα μικρό περιθώριο.

Σχήμα 2.1 Δύο δρομείς που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις συναντώνται σε ένα σημείο αλλαγής κατά τη διάρκεια της περιστροφής της πίστας

Στο φαινόμενο Sagnac, η διάδοση του φωτός στην οπτική διαδρομή δακτυλίου είναι εντελώς παρόμοια με αυτή τη διαδικασία.Αν και οι δύο ακτίνες φωτός που διαδίδονται με την κατεύθυνση των ρολογιών και με την αντίθετη κατεύθυνση ακολουθούν την ίδια γεωμετρική πορεία, η χρονική διαφορά στην άφιξή τους στον ανιχνευτή προκαλείται από την περιστροφή του συστήματος κατά τη διάρκεια της διάδοσης, με αποτέλεσμα τη διαφορά φάσης.

Σχήμα 2.2 Επιδράση Sagnac

Σε ένα γυροσκόπιο οπτικών ινών, το φως συμπεριφέρεται σαν δύο αθλητές με συγκρίσιμη ταχύτητα, με τη ίνα να λειτουργεί ως πίστα αγώνα.Η ουσία αυτού του φαινομένου στον οπτικό κόσμο είναι ακόμα πιο αξιοσημείωτη. Υπερνά την απλή υπερβολή που παρατηρείται στην κλασική φυσική.Σύμφωνα με τη σχετικότητα, η ταχύτητα του φωτός παραμένει σταθερή.

Το φως χαμηλής συνοχής από την πηγή χωρίζεται σε δύο δέσμες και εγχέεται στην ίδια τυλιγμένη ίνα, με τη μία δέσμη να ταξιδεύει με την κατεύθυνση των ρολογιών και την άλλη με την αντίθετη.Όταν η συσκευή είναι ακίνητηΩστόσο, όταν η συσκευή περιστρέφεται, η δέσμη που ταξιδεύει με την κατεύθυνση των ρολογιών συναντά το τελικό της σημείο που συνεχώς "εξαφανίζεται" και πρέπει να καλύψει μια επιπλέον απόσταση.,Ενώ το τέλος της δέσμης προς την αντίθετη κατεύθυνση του ρολογιού την πλησιάζει από μπροστά.

Σχήμα 2.3 Φως που εισέρχεται και βγαίνει από την οπτική διαδρομή

Αυτή η διαφορά φάσης είναι εξαιρετικά μικρή, μετριέται σε πικοσεκόντα (τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου), αλλά μπορεί να συλληφθεί από εξελιγμένα οπτικά συστήματα και να μετατραπεί σε σήματα περιστροφής.Τα πειράματα αποδεικνύουν ότι το μέγεθος αυτής της διαφοράς φάσης είναι ευθέως ανάλογο με την γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του συστήματοςΑυτό το φαινόμενο, γνωστό ως φαινόμενο Sagnac, είναι ένα φαινόμενο που προκαλεί την ένταση της γωνιακής ταχύτητας.αποτελεί τη φυσική βάση για τη μέτρηση γωνιακής ταχύτητας σε γυροσκόπια οπτικών ινών.

III. Σύνθεση

Το γυροσκόπιο οπτικών ινών βασίζεται στο φαινόμενο Sagnac για τη μέτρηση της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής, αλλά η φυσική αρχή από μόνη της δεν είναι αρκετή, αλλά χρειάζονται επίσης ένα σύνολο ειδικών συσκευών,για να μετατρέψει αυτό το μικρό οπτικό αποτέλεσμα σε ευανάγνωστα αποτελέσματα μέτρησης.

Συνολικά, το γυροσκόπιο οπτικών ινών δεν είναι μια ενιαία συσκευή, αλλά ένας συνδυασμός πολλαπλών εξαρτημάτων, συμπεριλαμβανομένης μιας φωτεινής πηγής, συνδετήρα, κυκλώματος ινών, ανιχνευτή και κυκλώματος επεξεργασίας σήματος.Αυτά τα συστατικά συνεργάζονται για να επιτρέψουν τη διάδοση του φωτός και την παρεμβολή μέσα στην ίνα, δημιουργώντας τελικά ένα ηλεκτρικό σήμα που σχετίζεται με την περιστροφή.

Σχήμα 3.1 Τυπική ροή εργασίας FOG ανοικτού βρόχου

Σχήμα 3.2 Τυπική ροή εργασίας FOG κλειστού κυκλώματος

- Δεν ξέρω.