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 à anneau, présente les avantages de l'absence de pièces mécaniques mobiles, d'aucun 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 inconvénients fatals des gyroscopes à laser annulaire tels que le coût élevé et le phénomène de blocage. Par conséquent, les gyroscopes à fibre optique sont appréciés par de nombreux pays. Des gyroscopes civils à fibre optique de faible précision ont été produits en petites séries 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 prendra 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 apparenté de la lumière se propageant dans un chemin optique en boucle fermée tournant par rapport à l'espace inertiel, c'est-à-dire que deux faisceaux de lumière ayant des caractéristiques égales émis par la même source lumineuse dans le même chemin optique fermé se propagent dans des directions opposées . Enfin fusionner au même point de détection.
S'il existe une vitesse angulaire de rotation par rapport à l'espace inertiel 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, d'où 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 a 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, il a donc 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 strap-down ;
(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 multi-tours 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 compliquera inévitablement la structure globale ;
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 la propagation cyclique pour améliorer la précision. Par conséquent, il peut utiliser des fibres plus courtes. R-FOG a besoin d'utiliser une source de lumière cohérente forte 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 est 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 tout 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 s'est considérablement développé. 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 sa large gamme d'applications. comprend principalement :
(1) L'effet des transitoires de température. Théoriquement, les deux chemins lumineux à rétropropagation 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 la résonance.
(3) L'influence de la polarisation. De nos jours, la fibre monomode la plus utilisée est une fibre à double mode de 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. Différentes solutions ont été proposées. Y compris l'amélioration des composants du gyroscope à fibre optique et l'amélioration des méthodes de traitement du signal.