Проектирование волоконно-оптического гироскопа
Эффект Саньяка демонстрируется на анимации ниже.
На рисунке в следующем разделе представлена принципиальная схема волоконного гироскопа. Оптическое излучение от источника, проходя через X-разветвитель, попадает на вход интегрально-оптической схемы, разделяется на два луча, которые распространяются по волоконно-оптическому контуру во встречных направлениях. Если контур находится в покое, разность фаз между лучами отсутствует (Δφs = 0). При вращении контура относительно инерциальной системы отсчета возникает разность фаз Δφs, пропорциональная скорости вращения ВОГ. Изменение разности фаз приводит к изменению мощности излучения, детектируемой на фотоприемнике.
Принципиальная схема волоконно-оптического гироскопа включает в себя:
- источник излучения: ASE или SLD;
- фотоприемник;
- пассивные волоконные компоненты: разветвители, деполяризатор, волоконный контур;
- мультифункциональную интегрально-оптическую схему.
Источники излучения: ASE или SLD
В конструкции волоконно-оптических гироскопов (ВОГ) широкополосные источники излучения, такие как суперлюминесцентные диоды (SLD) и источники усиленного спонтанного излучения (ASE), играют ключевую роль. Их применение обусловлено рядом важных факторов:
- Низкая когерентность излучения. В отличие от узкополосных лазеров, SLD и ASE генерируют излучение в широком спектральном диапазоне, что существенно подавляет паразитные интерференционные эффекты;
- Минимизация влияния обратного рэлеевского рассеяния. Широкий спектр излучения способствует усреднению эффектов рассеяния, повышая отношение сигнал/шум;
- Повышенная температурная стабильность. Широкополосные источники менее чувствительны к температурным колебаниям по сравнению с узкополосными лазерами;
- Расширение динамического диапазона ВОГ. Это позволяет точно измерять как малые, так и большие угловые скорости.
|
1500 нм мини ASE широкополосный источник излучения |
 |
VASS-C-M: SM широкополосный источник излучения C-band ASE |
 |
Суперлюминесцентный лазерный диод серии RZSL |
Фотоприемники
В современных волоконно-оптических гироскопах чаще всего используются InGaAs PIN-фотодиоды, иногда применяются PIN-фотодиоды со встроенным полевым транзистером (PIN-FET).
Выбор фотодетекторов обусловлен следующими ключевыми требованиями:
- спектральная чувствительность в областях 1550 нм или 1310 нм;
- низкий темновой ток;
- быстрый отклик;
- стабильность параметров при изменении внешних условий.
 |
Фотодиод с расширенным ИК-диапазоном Ø1 мм |
Мультифункциональная интегрально-оптическая схема
Для обеспечения фазовой модуляции излучения в волоконных гироскопах используется МИОС (мультифункциональная интегрально-оптическая схема).
 |
Мультифункциональная интегрально-оптическая схема |
Волоконный контур
Чувствительным элементом волоконно-оптического гироскопа является волоконный контур (койл).
Длина волокна в волоконном контуре напрямую влияет на чувствительность гироскопа к угловой скорости вращения: чем больше длина волокна в контуре, тем выше чувствительность.
Качество и тип намотки волоконного контура определяют устойчивость показаний гироскопа к внешним воздействиям, таким как температурные изменения или механические нагрузки.
Кроме того, волоконные контуры чаще всего изготавливаются из волокна с сохранением поляризации, что позволяет исключить ошибки, вызванные поляризационными помехами.
  |
Волоконный контур (койл) |
Пассивные волоконные компоненты
В конструкции волоконно-оптического гироскопа используются такие пассивные волоконные компоненты, как волоконные разветвители и линейные поляризаторы
 |
Разветвитель с сохранением поляризации |
|
Линейный поляризатор |
Оптическое волокно с сохранением поляризации
Волокно с сохранением поляризации, используемое для производства волоконных контуров гироскопов, может иметь разную геометрию, что позволяет обеспечить высокую чувствительность при сохранении малых габаритов устройства.
|
|
|
Волокно с сохранением поляризации для гироскопов |
|
Световод типа «Панда» c сохранением поляризации для ВОГ |
