Gyroscope à fibre optique

Le gyroscope à fibre optique est le capteur de vitesse angulaire à fibre, qui est le plus prometteur parmi les différents capteurs à fibre optique. Le gyroscope à fibre optique, comme le gyroscope laser en anneau, présente les avantages de l'absence de pièces mécaniques mobiles, de l'absence de temps de préchauffage, d'une accélération insensible, d'une large plage dynamique, d'une sortie numérique et d'une petite taille. De plus, le gyroscope à fibre optique surmonte également les défauts fatals des gyroscopes laser en anneau tels que le coût élevé et le phénomène de blocage. C’est pourquoi les gyroscopes à fibre optique sont appréciés dans de nombreux pays. Des gyroscopes civils à fibre optique de faible précision ont été produits en petits lots en Europe occidentale. On estime qu'en 1994, les ventes de gyroscopes à fibre optique sur le marché américain des gyroscopes atteindront 49 %, et le gyroscope à câble occupera la deuxième place (représentant 35 % des ventes).

Le principe de fonctionnement du gyroscope à fibre optique est basé sur l'effet Sagnac. L'effet Sagnac est un effet général de la propagation de la lumière dans un chemin optique en boucle fermée tournant par rapport à l'espace inertiel, c'est-à-dire que deux faisceaux de lumière de caractéristiques égales émis par la même source de lumière dans le même chemin optique fermé se propagent dans des directions opposées. . Enfin, fusionnez avec le même point de détection.
S'il existe une vitesse angulaire de rotation par rapport à l'espace d'inertie autour de l'axe perpendiculaire au plan du chemin optique fermé, le chemin optique parcouru par les faisceaux lumineux dans les sens aller et retour est différent, ce qui entraîne une différence de chemin optique, et la différence de chemin optique est proportionnelle à la vitesse angulaire de rotation. . Par conséquent, tant que la différence de chemin optique et les informations de différence de phase correspondantes sont connues, la vitesse angulaire de rotation peut être obtenue.

Comparé au gyroscope électromécanique ou au gyroscope laser, le gyroscope à fibre optique présente les caractéristiques suivantes :
(1) Peu de pièces, l'instrument est ferme et stable, et présente une forte résistance aux chocs et à l'accélération ;
(2) La fibre enroulée est plus longue, ce qui améliore la sensibilité de détection et la résolution de plusieurs ordres de grandeur par rapport à celle du gyroscope laser ;
(3) Il n’y a pas de pièces de transmission mécanique et il n’y a pas de problème d’usure, donc il a une longue durée de vie ;
(4) Il est facile d'adopter la technologie des circuits optiques intégrés, le signal est stable et il peut être directement utilisé pour la sortie numérique et connecté à l'interface de l'ordinateur ;
(5) En modifiant la longueur de la fibre optique ou le nombre de propagation cyclique de la lumière dans la bobine, différentes précisions peuvent être obtenues et une large plage dynamique peut être obtenue ;
(6) Le faisceau cohérent a un temps de propagation court, donc en principe il peut être démarré instantanément sans préchauffage ;
(7) Il peut être utilisé avec le gyroscope laser annulaire pour former des capteurs de divers systèmes de navigation inertielle, en particulier les capteurs des systèmes de navigation inertielle à sangle ;
(8) Structure simple, prix bas, petite taille et poids léger.

Classification
Selon le principe de fonctionnement :
Les gyroscopes interférométriques à fibre optique (I-FOG), première génération de gyroscopes à fibre optique, sont actuellement les plus utilisés. Il utilise une bobine de fibre optique multitours pour améliorer l'effet SAGNAC. Un interféromètre toroïdal à double faisceau composé d'une bobine de fibre optique monomode multitours peut fournir une plus grande précision et rendra inévitablement la structure globale plus compliquée ;
Le gyroscope à fibre optique résonant (R-FOG) est le gyroscope à fibre optique de deuxième génération. Il utilise un résonateur en anneau pour améliorer l'effet SAGNAC et une propagation cyclique pour améliorer la précision. On peut donc utiliser des fibres plus courtes. R-FOG doit utiliser une source de lumière cohérente puissante pour améliorer l'effet de résonance de la cavité résonante, mais la source de lumière cohérente forte apporte également de nombreux effets parasites. Comment éliminer ces effets parasites constitue actuellement le principal obstacle technique.
Gyroscope à fibre optique à diffusion Brillouin stimulée (B-FOG), le gyroscope à fibre optique de troisième génération est une amélioration par rapport aux deux générations précédentes, et il est encore au stade de la recherche théorique.
Selon la composition du système optique : type optique intégré et gyroscope à fibre optique de type entièrement fibre.
Selon la structure : gyroscopes à fibre optique mono-axe et multi-axes.
Par type de boucle : gyroscope à fibre optique en boucle ouverte et gyroscope à fibre optique en boucle fermée.

Depuis son introduction en 1976, le gyroscope à fibre optique a connu un développement considérable. Cependant, le gyroscope à fibre optique présente encore une série de problèmes techniques, ces problèmes affectent la précision et la stabilité du gyroscope à fibre optique, et limitent ainsi son large éventail d'applications. comprend principalement :
(1) L’effet des transitoires de température. Théoriquement, les deux trajets lumineux rétro-propagés dans l'interféromètre en anneau sont de longueur égale, mais cela n'est strictement vrai que lorsque le système ne change pas avec le temps. Les expériences montrent que l'erreur de phase et la dérive de la valeur de mesure de la vitesse de rotation sont proportionnelles à la dérivée temporelle de la température. Ceci est très nocif, surtout pendant la période d'échauffement.
(2) L'influence des vibrations. Les vibrations affecteront également la mesure. Un emballage approprié doit être utilisé pour assurer une bonne solidité de la bobine. La conception mécanique interne doit être très raisonnable pour éviter toute résonance.
(3) L'influence de la polarisation. De nos jours, la fibre monomode la plus utilisée est la fibre à double polarisation. La biréfringence de la fibre produira une différence de phase parasite, un filtrage de polarisation est donc nécessaire. La fibre de dépolarisation peut supprimer la polarisation, mais cela entraînera une augmentation des coûts.
Afin d'améliorer les performances du haut. Diverses solutions ont été proposées. Y compris l'amélioration des composants du gyroscope à fibre optique et l'amélioration des méthodes de traitement du signal.