Волоконно-оптический гироскоп

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП, скоростной гироскоп, основанный на использовании эффекта Саньяка - смещения интерференционных полос во вращающемся кольцевом интерферометре (смотри Саньяка опыт). Это смещение возникает вследствие зависимости времени обхода светом вращающегося контура от скорости вращения Ω и направления обхода. Строгое выражение для разности Δτ времени обхода вращающегося контура встречными электромагнитными волнами даёт релятивистская теория относительности, а для нерелятивистских скоростей

Δτ = 4SΩcos φ/с²,

где S - площадь контура, φ - угол между осью вращения и нормалью к плоскости контура, с - скорость света. При этом величина сдвига интерференционных полос

Δz = 45Ωcos φ/(λ₀c)

 (выражена в длинах волн излучения источника света λ₀).

Регистрация малых угловых скоростей вращения требует большой площади контура, поэтому практическое использование эффекта Саньяка стало возможным с появлением волоконных световодов (смотри Волоконная оптика).

Чувствительным элементом волоконно-оптического гироскопа является вращающаяся многовитковая катушка с одномодовым волоконным световодом, обеспечивающим стабильность разности фаз встречных волн (рис.). Сдвиг интерференционных полос в волоконно-оптическом гироскопе пропорционален числу N витков световода в катушке, не зависит от положения оси вращения относительно центра катушки, от формы площади контура S, от показателя преломления и записывается в виде:

Δz = 2 LR Ω cos φ/(λ₀c),

где L = 2πRN - длина световода, R - радиус катушки.

В реальных волоконно-оптических гироскопах применяют более сложные методы регистрации с использованием фазовой модуляции, фазовой компенсации и др. Предельная чувствительность волоконно-оптических гироскопов порядка 10^-4 град/ч ограничивается нестабильностью характеристик оптического волокна, рассеянием света в нём, шумами фотоприёмника. Достоинства волоконно-оптических гироскопов: небольшие размеры и вес, малое энергопотребление, дешевизна.

Лит.: Андронова И. А., Малыкин Г. Б. Физические проблемы волоконной гироскопии на эффекте Саньяка // Успехи физических наук. 2002. Т. 172. № 8.