Das Arbeitsprinzip des Faserkreisels basiert auf dem Sagnac-Effekt. Der Sagnac-Effekt ist ein allgemein verwandter Effekt von Licht, das sich in einem geschlossenen optischen Pfad ausbreitet, der sich relativ zum Trägheitsraum dreht, dh zwei Lichtstrahlen mit gleichen Eigenschaften, die von derselben Lichtquelle in demselben geschlossenen optischen Pfad emittiert werden, breiten sich in entgegengesetzten Richtungen aus . Schließlich zum gleichen Erkennungspunkt zusammenführen.

Bei einer Rotationswinkelgeschwindigkeit relativ zum Inertialraum um die Achse senkrecht zur Ebene des geschlossenen Strahlengangs ist der von den Lichtstrahlen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zurückgelegte Strahlengang unterschiedlich, was zu einem Strahlengangunterschied führt, und die optische Wegdifferenz ist proportional zur Winkelgeschwindigkeit der Drehung. . Daher kann die Drehwinkelgeschwindigkeit erhalten werden, solange die optische Wegdifferenz und die entsprechenden Phasendifferenzinformationen bekannt sind.

Im Vergleich zu einem elektromechanischen Gyroskop oder einem Lasergyroskop hat ein faseroptisches Gyroskop die folgenden Eigenschaften:

(1) Wenige Teile, das Instrument ist fest und stabil und hat einen starken Widerstand gegen Stöße und Beschleunigung;

(2) die gewickelte Faser ist länger, was die Detektionsempfindlichkeit und -auflösung um mehrere Größenordnungen gegenüber der des Lasergyroskops verbessert;

(3) Es gibt keine mechanischen Getriebeteile und es gibt kein Verschleißproblem, daher hat es eine lange Lebensdauer;

(4) Es ist einfach, integrierte optische Schaltungstechnologie zu übernehmen, das Signal ist stabil und kann direkt für die digitale Ausgabe verwendet und mit der Computerschnittstelle verbunden werden;

(5) Durch Ändern der Länge der Lichtleitfaser oder der Zahl der zyklischen Lichtausbreitung in der Spule können unterschiedliche Genauigkeiten und ein großer Dynamikbereich erreicht werden;

(6) Der kohärente Strahl hat eine kurze Ausbreitungszeit, sodass er im Prinzip sofort ohne Vorheizen gestartet werden kann;

(7) Es kann zusammen mit dem Ringlasergyroskop verwendet werden, um Sensoren verschiedener Trägheitsnavigationssysteme zu bilden, insbesondere die Sensoren von Strap-down-Trägheitsnavigationssystemen;

(8) Einfache Struktur, niedriger Preis, geringe Größe und geringes Gewicht.

Einstufung

Nach dem Arbeitsprinzip:

Interferometrische Faserkreisel (I-FOG), die erste Generation von Faserkreiseln, sind derzeit am weitesten verbreitet. Es verwendet eine Glasfaserspule mit mehreren Windungen, um den SAGNAC-Effekt zu verstärken. Ein Zweistrahl-Toroid-Interferometer, das aus einer Multiturn-Singlemode-Lichtleitfaserspule besteht, kann eine höhere Genauigkeit liefern und wird die Gesamtstruktur unweigerlich komplizierter machen;

Das resonante faseroptische Gyroskop (R-FOG) ist das faseroptische Gyroskop der zweiten Generation. Es verwendet einen Ringresonator, um den SAGNAC-Effekt und die zyklische Ausbreitung zu verbessern, um die Genauigkeit zu verbessern. Daher können kürzere Fasern verwendet werden. R-FOG muss eine starke kohärente Lichtquelle verwenden, um den Resonanzeffekt des Resonanzhohlraums zu verstärken, aber die starke kohärente Lichtquelle bringt auch viele parasitäre Effekte mit sich. Die Eliminierung dieser parasitären Effekte ist derzeit das größte technische Hindernis.

Stimulated Brillouin Scattering Fiber Optic Gyroscope (B-FOG), das faseroptische Gyroskop der dritten Generation, ist eine Verbesserung gegenüber den beiden vorherigen Generationen und befindet sich noch im theoretischen Forschungsstadium.

Je nach Zusammensetzung des optischen Systems: integrierter optischer Typ und faseroptisches Gyroskop vom Typ Vollfaser.

Je nach Struktur: einachsige und mehrachsige faseroptische Kreisel.

Nach Schleifentyp: faseroptisches Gyroskop mit offener Schleife und faseroptisches Gyroskop mit geschlossener Schleife.

Seit seiner Einführung im Jahr 1976 wurde das faseroptische Gyroskop stark weiterentwickelt. Das faseroptische Gyroskop weist jedoch immer noch eine Reihe von technischen Problemen auf, diese Probleme beeinträchtigen die Genauigkeit und Stabilität des faseroptischen Gyroskops und begrenzen somit seinen breiten Anwendungsbereich. umfasst hauptsächlich:

(1) Die Auswirkung von Temperaturtransienten. Theoretisch sind die beiden rücklaufenden Lichtwege im Ringinterferometer gleich lang, aber streng genommen gilt dies nur, wenn sich das System nicht mit der Zeit ändert. Experimente zeigen, dass der Phasenfehler und die Drift des Drehratenmesswerts proportional zur zeitlichen Ableitung der Temperatur sind. Dies ist besonders während der Aufwärmphase sehr schädlich.

(2) Der Einfluss von Vibrationen. Auch Vibrationen beeinflussen die Messung. Für eine gute Stabilität des Coils muss eine geeignete Verpackung verwendet werden. Das interne mechanische Design muss sehr vernünftig sein, um Resonanzen zu vermeiden.

(3) Der Einfluss der Polarisierung. Heutzutage ist die am weitesten verbreitete Singlemode-Faser eine Dual-Polarisationsmode-Faser. Die Doppelbrechung der Faser erzeugt eine parasitäre Phasendifferenz, daher ist eine Polarisationsfilterung erforderlich. Die Depolarisationsfaser kann die Polarisation unterdrücken, führt aber zu einer Kostensteigerung.

Um die Leistung der Spitze zu verbessern. Es wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen. Einschließlich der Verbesserung der Komponenten des Faserkreiselsop, und die Verbesserung von Signalverarbeitungsmethoden.