3.1 Fonte luminosa

La fonte luminosa è il punto di partenza del segnale ottico nel giroscopio in fibra ottica.come sorgente luminosa SLD o ASE.

Figura 3.3 Fonte luminosa FOG

La luce emessa dalla sorgente entra prima nell'accoppiatore, che divide uniformemente la luce in due fasci e li guida separatamente in percorsi ottici successivi (fibra ottica).la luce originariamente a percorso singolo è destinata a propagarsi sia nel senso orario che in senso antiorario, ponendo le basi per l'utilizzazione successiva dell'effetto Sagnac.

3.2 Accoppiatore

Un accoppiatore a fibra ottica è un componente a fibra ottica progettato per ridistribuire segnali ottici.con una lunghezza massima non superiore a 50 mmQuesto componente può distribuire segnali da una singola fibra a più fibre o combinare segnali da più fibre in una singola fibra.

(1) X-Taccoppiatore ype

Figura 3.4 Accoppiatore a fibra ottica

L'X-coupler integra le funzioni di un splitter e di un combinator in un unico pacchetto.poi lo trasmette separatamente a due fibre di uscitaConosciuto anche come accoppiatore 2x2.

Figura 3.5 Accoppiatore di tipo X (2x2)

(2) Guida d'onda Y

Una guida d'onda a giunzione Y è un tipo di accoppiatore a forma di Y con una configurazione Y distintiva.

La luce proveniente dalla sorgente è incidente sulla guida d'onda Y e divisa in due fasci dalla guida d'onda Y-branch.rispettivamenteDopo aver completato un ciclo completo all'interno della bobina di fibra, i fasci vengono ricombinati in un unico fascio dal conduttore d'onda a ramo Y e raggiungono infine il fotodettore.

Oltre alle funzioni di divisione e combinazione della luce, la guida d'onda Y può anche realizzare le funzioni di polarizzazione e depolarizzazione, modulazione di fase e così via.

Figura 3.6 Dispositivo ottico multifunzionale integrato di ossido di litio bismuto (guida d'onda Y)

3.3 Anello di fibra ottica

Dopo essere entrato nell'accoppiatore 2×2, la luce viaggia attraverso una guida d'onda Y nel circuito della fibra ottica.Quando la luce si propaga in senso orario e in senso antiorario contemporaneamente all'interno del loop, la rotazione della fibra crea una leggera differenza di tempo tra i due fasci, con conseguente differenza di fase.costituisce il meccanismo centrale con cui i giroscopi a fibra rilevano le informazioni di rotazione.

Per rilevare piccole rotazioni, le fibre ottiche richiedono lunghezze di centinaia o addirittura migliaia di metri.l'effetto Sagnac rivela che la sensibilità è direttamente proporzionale all'area circondata dal percorso otticoAvvolgendo la fibra flessibile più volte, possiamo mantenere la stessa area efficace riducendo significativamente le sue dimensioni fisiche.

Figura 3.7 Anello di fibra ottica

Nei giroscopi a fibra ottica, le fibre ottiche sono in genere avvolte in decine, centinaia o anche più giri.Ciò è dovuto al fatto che la differenza di fase generata dall'effetto Sagnac dipende dall'area effettiva racchiusa dal percorso ottico, piuttosto che solo sulla dimensione di un singolo giro.amplificando così le differenze di tempo e di fase causate dalla rotazione.

Il principio può essere inteso semplicemente in questo modo: più a lungo la luce viaggia attraverso il circuito della fibra, più pronunciato diventa l'effetto di rotazione.Questo spiega perché i giroscopi a fibra ad alta precisione presentano in genere cicli di fibra più lunghi, mentre i dispositivi di bassa precisione o educativi utilizzano lunghezze di fibra relativamente più brevi.che richiedono attrezzature specializzate di avvolgimento ad alta precisioneI giroscopi a fibra non solo si basano su principi fisici sofisticati, ma richiedono anche processi di produzione estremamente rigorosi.

FIG. 3.8 Sistema di circuito a fibra ottica

3.4 Detettore fotoelettrico

Nei giroscopi a fibra ottica, il fotodetettore è posizionato alla fine del sistema ottico.La sua funzione principale è quella di ricevere i segnali di luce riflessi dal circuito di fibra e convertirli in segnali elettriciCome dispositivo basato sull'effetto fotoelettrico, il fotodetettore trasforma i segnali ottici in quelli elettrici.permette di rilevare sia segnali visibili che invisibili.

L'interferenza ottica si verifica quando due fasci di luce che si propagano nel senso orario e in senso antiorario convergono nuovamente all'interno di un sistema.causando una fluttuazione dell'intensità della luce di interferenzaI rivelatori fotoelettrici utilizzano questo fenomeno per convertire piccole variazioni di intensità in segnali elettrici.Questi rilevatori devono avere un'elevata sensibilità per garantire che i circuiti successivi possano catturare con precisione le informazioni relative alla rotazione..

Figura 3.9 Detettore fotoelettrico

3.5 Circuito di elaborazione del segnale

Il segnale elettrico prodotto dal rilevatore fotoelettrico è estremamente debole e non può essere utilizzato direttamente.una serie di passaggi di elaborazione del segnale sono necessari per ottenere la misurazione finale della velocità angolare di rotazioneL'intero processo può essere semplicemente suddiviso nelle seguenti fasi:

Ø Pre-amplificazione: aumenta i segnali elettrici estremamente deboli ad un livello adatto per un'elaborazione stabile da circuiti successivi.

Ø Conversione e demodulazione del segnale: il segnale elettrico amplificato viene convertito in un segnale elaborabile da un computer o da un circuito digitale.e le informazioni relative alla differenza di fase ottica ne vengono estratte.

Ø Controllo e uscita: il regolatore calcola il valore corrispondente alla velocità angolare di rotazione in base ai risultati della demodulazione,e fornisce il risultato al sistema esterno attraverso l'interfaccia di output.

Figura 3.10: circuito di elaborazione del segnale FOG (tabella di circuito superiore nel diagramma)

IV. Riassunto

La caratteristica distintiva dei giroscopi a fibra ottica è il loro uso di luce piuttosto che di strutture meccaniche per misurare la rotazione, il che gli garantisce vantaggi distinti nelle metriche critiche delle prestazioni:

Ø Alta precisione: il sistema misura la rotazione utilizzando principi ottici, eliminando la dipendenza dalle vibrazioni meccaniche per una maggiore precisione.

Ø prestazioni stabili: l'assenza di componenti meccanici ad alta velocità all'interno garantisce una minima deriva durante il funzionamento prolungato.

Ø Ottima resistenza alle vibrazioni e agli urti: mantiene un'efficienza di misura affidabile anche in ambienti vibranti come aerei e navi.

Ø Alta affidabilità e lunga durata: le fibre ottiche e i componenti presentano un minimo di usura, rendendoli ideali per un funzionamento continuo a lungo termine.

Nonostante le loro prestazioni superiori, i giroscopi a fibra ottica non sono universalmente applicabili.

Ø Dimensioni e peso ingombranti: la necessità di avvolgere lunghe fibre ottiche rende difficile la miniaturizzazione.

Ø Alti costi: le spese aumentano a causa di materiali in fibra, componenti ottici e processi di produzione di precisione.

Ø Consumo energetico elevato: non ideale per i microapparecchi alimentati a batteria.

I giroscopi a fibra ottica non sono destinati a sostituire tutti i giroscopi, ma piuttosto a svolgere un ruolo fondamentale in settori che richiedono alta precisione, affidabilità e adattabilità ambientale.A differenza dei tradizionali giroscopi MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), hanno una funzione più simile a quella di un "corridore professionista a lunga distanza" che dà la priorità alla stabilità e alla precisione rispetto all'estrema miniaturizzazione e all'efficacia economica, mantenendo silenziosamente l'orientamento nell'aeronautica,Applicazioni di mare profondo e di apparecchiature di fascia alta.

La prossima volta che saliate a bordo di un aereo o immaginate una sonda in profondità che naviga autonomamente, ricordate che un raggio di luce potrebbe essere in corsa attraverso un delicato circuito di fibra ottica,Usando la sua sottile differenza di tempo per guidarci.

- Sì.