Ein faseroptischer Gyroskop (FOG) ist ein Festkörper-Sensor, der die Winkelgeschwindigkeit mithilfe des Sagnac-Effekts misst – der Phasenunterschied zwischen zwei Lichtstrahlen, die in entgegengesetzte Richtungen um eine Spule aus optischen Fasern laufen. Da es keine beweglichen Teile gibt, bietet ein FOG hohe Genauigkeit, lange Lebensdauer und ausgezeichnete Zuverlässigkeit und erreicht eine Bias-Stabilität, die MEMS-Gyroskope bei weitem übertrifft. FOGs werden häufig in der Trägheitsnavigation für Luft- und Raumfahrt-, Marine- und Verteidigungssysteme eingesetzt.
Was ist ein faseroptischer Gyroskop?
Ein faseroptischer Gyroskop (FOG) ist ein optisches Gyroskop, das Laserlicht und optische Fasern nutzt, um die Winkelgeschwindigkeit oder den Drehwinkel eines Objekts relativ zum Inertialraum zu messen. Da es keinen hochdrehenden Rotor wie traditionelle mechanische Gyroskope besitzt, handelt es sich um ein vollständig festkörperbasiertes Gerät – was ihm hohe Zuverlässigkeit, eine lange Lebensdauer sowie starke Beständigkeit gegen Schock und Vibration verleiht.
Wie funktioniert ein faseroptischer Gyroskop?
Ein FOG arbeitet auf Basis des Sagnac-Effekts:
- Eine Lichtquelle teilt einen Strahl in zwei Teilstrahlen, die in entgegengesetzte Richtungen um eine Spule aus optischen Fasern gesendet werden.
- Wenn sich die Spule dreht, legt einer der Strahlen einen etwas längeren Weg zurück als der andere.
- Dies erzeugt einen messbaren Phasenunterschied zwischen den beiden Strahlen.
- Der Phasenunterschied ist proportional zur Drehgeschwindigkeit, die das FOG in einen Winkelgeschwindigkeitsausgang umwandelt.
Je länger die Faserspule, desto höher die Empfindlichkeit – daher verwenden hochgenaue FOGs lange Faserspulen.
Was sind die Vorteile eines faseroptischen Gyroskops?
| Vorteil | Beschreibung |
|---|---|
| Keine beweglichen Teile | Festkörper-basiert, daher hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer |
| Hohe Genauigkeit | Niedrige Bias-Unstabilität und Drift, geeignet für Navigationsqualität |
| Schnelles Anlaufen | Nahezu sofort einsatzbereit, keine Aufdrehzeit |
| Großer Dynamikbereich | Misst sehr niedrige bis sehr hohe Drehgeschwindigkeiten |
| Schlag- und vibrationsfest | Robust in rauen Umgebungen |
Faseroptischer Gyroskop im Vergleich zu anderen Gyroskopen
Ein FOG liegt in der Genauigkeits-/Kosten-Hierarchie zwischen MEMS-Gyroskopen und Ringlaser-Gyroskopen (RLG):
- FOG vs MEMS-Gyroskop – ein FOG ist deutlich genauer und stabiler als ein MEMS-Gyroskop, aber größer und teurer. Siehe welches besser ist: faseroptischer Gyroskop oder MEMS-Gyroskop.
- FOG vs Ringlaser-Gyroskop (RLG) – beide sind optisch und äußerst genau; FOGs haben keine beweglichen Teile und sind kostengünstiger, während RLGs höhere Präzision bieten können. Siehe den Unterschied zwischen einem faseroptischen Gyroskop und einem Ringlaser-Gyroskop.
Wofür werden faseroptische Gyroskope eingesetzt?
- Luft- und Raumfahrt – Trägheitsnavigation und Stabilisierung von Flugzeugen und UAVs
- Verteidigung – Raketenlenkung, Zielerfassung und Plattformstabilisierung
- Marine – Schiffskurs- und Navigationssysteme
- Vermessung und Positionierung – hochpräzise Winkelmessung
Speziell für Einachsenanwendungen siehe wofür Einachsen-Faseroptische Gyroskope verwendet werden. SkyMEMS produziert eine Familie von faseroptischen Gyroskopen – stöbern Sie in der kompletten Faseroptischen Gyroskop-Palette.
Häufig gestellte Fragen
Was ist ein faseroptischer Gyroskop? Ein faseroptischer Gyroskop (FOG) ist ein festkörperbasierter optischer Sensor, der die Winkelgeschwindigkeit mithilfe des Sagnac-Effekts in einer Spule aus optischen Fasern misst, ohne bewegliche Teile.
Wie funktioniert ein faseroptischer Gyroskop? Es teilt das Licht in zwei Strahlen, die in entgegengesetzte Richtungen um eine Faserspule laufen. Wenn sich die Spule dreht, entsteht zwischen ihnen ein Phasenunterschied (der Sagnac-Effekt), der proportional zur Drehgeschwindigkeit ist.
Was sind die Vorteile eines faseroptischen Gyroskops? Keine beweglichen Teile (hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer), hohe Genauigkeit mit geringer Drift, schnelles Anlaufen, großer Dynamikbereich und starke Beständigkeit gegen Schock und Vibration.
Was ist der Unterschied zwischen einem faseroptischen Gyroskop und einem MEMS-Gyroskop? Ein FOG bietet viel höhere Genauigkeit und Stabilität als ein MEMS-Gyroskop, ist aber größer und teurer; MEMS-Gyroskope sind kompakt und kostengünstig für weniger anspruchsvolle Anwendungen.
Wofür wird ein faseroptischer Gyroskop eingesetzt? Luft- und Raumfahrt- sowie UAV-Navigation, Raketenlenkung, marine Kursmesssysteme und hochpräzise Vermessung.
