ژیروسکوپ فیبر نوری (Fiber Optic Gyroscope)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
ژیروسکوپ فیبر نوری (Fiber Optic Gyroscope) :
ژیروسکوپ فیبر نوری (FOG) یک ژیروسکوپ نوری است که از اثر ساگناک (Sagnac effect) برای اندازه گیری سرعت زاویه ای استفاده می کند. این نوع ژیروسکوپ بدون قطعات متحرک مکانیکی است و از یک حلقه طولانی از فیبر نوری (معمولا چند صد متر تا چند کیلومتر) برای افزایش حساسیت بهره می برد. اصل کار: یک پرتو نور از یک منبع (معمولا سوپرلومینسنت دیود - SLD) به دو پرتو مساوی تقسیم می شود. این دو پرتو در خلاف جهت هم (یکی ساعتگرد و دیگری پادساعتگرد) درون حلقه فیبر نوری منتشر می شوند. پس از طی مسیر، دو پرتو به یک آشکارساز بازمی گردند و با هم تداخل می کنند.
در حالت سکون (بدون چرخش)، هر دو پرتو مسیر نوری یکسانی را طی می کنند و در نتیجه اختلاف فازی ندارند. اما وقتی حلقه حول محور عمود بر صفحه آن می چرخد، پرتویی که در جهت چرخش حرکت می کند، مسیر نوری کمی طولانی تر (از نظر زمان) و پرتوی مخالف مسیر نوری کوتاه تری را طی می کند. این اختلاف زمان منجر به اختلاف فاز بین دو پرتو می شود که متناسب با سرعت زاویه ای (
\[ \Omega \]) است. اختلاف فاز از رابطه
\[ \Delta \phi = \frac{8\pi N A}{\lambda c} \Omega \]به دست می آید که
\[ N \]تعداد دورهای فیبر،
\[ A \]مساحت هر دور،
\[ \lambda \]طول موج نور و
\[ c \]سرعت نور است. با افزایش طول فیبر و سطح مؤثر (با پیچیدن فیبر به صورت چند دور)، حساسیت افزایش می یابد.
\[ \Delta \phi = \frac{4\pi L R}{\lambda c} \Omega \quad \text{(برای یک حلقه دایره ای به شعاع R و طول L = 2πR N)} \]برای اندازه گیری اختلاف فاز بسیار کوچک (که با سرعت های پایین رخ می دهد) از روش های تداخل سنجی پیشرفته و مدولاسیون فاز استفاده می شود. معمولا یک مدولاتور فاز در یکی از مسیرها قرار می گیرد تا سیگنال خروجی به ناحیه خطی منتقل شود و حساسیت افزایش یابد.
مزایای FOG نسبت به ژیروسکوپ های مکانیکی و لیزری: نداشتن قطعات متحرک (افزایش قابلیت اطمینان و عمر)، زمان راه اندازی سریع، مقاومت در برابر شوک و لرزش، مصرف توان نسبتا پایین، و اندازه و وزن کمتر نسبت به ژیروسکوپ های مکانیکی دقیق. همچنین پهنای باند بالایی دارد. معایب: حساسیت به تغییرات دما (که با طراحی و جبران سازی کاهش می یابد)، و هزینه نسبتا بالا (به ویژه در مدل های دقیق).
کاربردها: ناوبری اینرسی در هواپیماها، کشتی ها، زیردریایی ها و خودروهای خودران، سامانه های هدایت موشک ها، تثبیت آنتن ها و سکوها، و در برخی تجهیزات صنعتی و نقشه برداری. FOGها با دقت های مختلف (از رده ناوبری گرفته تا رده تاکتیکی) تولید می شوند.
