גירוסקופ סיב אופטי

גירוסקופ סיב אופטי (Fibre-optic gyroscope, FOG) הוא מכשיר המודד תנועה זוויתית במרחב. המכשיר מבוסס על סיב אופטי ומקור לייזר, ועובד באמצעות אפקט סניאק, שינוי פאזה של גל אור שנוצר כתוצאה מסיבוב המערכת (פאזה = השהיית גל האור).

המכשיר כולל תיבה אופטית עם סליל ארוך של סיב אופטי, המונח ב־90 מעלות לציר החישה. בקצה אחד מחובר מקור לייזר, ובקצה השני חיישן אופטי (פוטודיודה) שמודד את האות אחרי מעבר הסיב. במסלול יש מפצלי אור ומקטב אור (polarizer) שמבטיחים קיטוב אחיד של הקרן. נוסף גם אפנן מתמר פיאזואלקטרי (PZT), רכיב שמאריך או מקצר את הדרך שאור עובר בה, כדי להדגיש שינויים זעירים. שבב אלקטרוני שולט ב־PZT, בלהטת העוצמה ובניתוח האות.

קרן הלייזר מנותבת לשני הכיוונים בסיב. שתי הקרניים עוברות בסיב בסדר מנוגד ומתאחדות בסופו. בגלל סיבוב הסליל נוצר הפרש זמן/פאזה בין הקרניים. התאחת הגלים (התאבכות) תלויה בהפרש הפאזה, ולכן מדידת עוצמת ההתאבכות נותנת מידע על המהירות הזוויתית. ה־PZT מכוון להוסיף פאזה של כ־90 מעלות לאינטרפרומטר. אזור פאזה זה נותן רגישות גבוהה וסביבו המדידה כמעט ליניארית.

ל־FOG יש שגיאות מדידה כמו בכל מדיד. מקובל לתאר אותן על ידי פולינום מסדר ראשון בתוספת רעש לבן. מודל פשוט הוא: ω̃ = d + SF·ω + n(0,σ), כאשר d הוא הסטייה (bias), SF הוא מקדם קנה מידה, ו־n(0,σ) הוא רעש לבן סטטיסטי.

קיימים FOG בגדלים שונים, בדרך כלל בקוטר של כ־5 ס"מ ועד כ־20 ס"מ. הדיוק והעלות עולים עם הגודל. משתמשים בהם במערכות ניווט אינרציאליות, כלומר בשילוב עם מד תאוצה לניווט כלי רכב, כלי טיס וכלי שיט. כמו כן משתמשים בהם לייצוב מצלמות ולשמירה על קו ראייה של אלמנטים צבאיים, לדוגמה קנה טנק.

כמו גירוסקופ מכני, ה־FOG יכול לחוש תנועה זוויתית. מה שמבחין אותו הוא שעקרון הפעולה אינו מבוסס על חלקים נעים אלא על אפקט אופטי (סניאק).

גירוסקופ סיב אופטי הוא מכשיר שמודד סיבוב. הוא משתמש בסיב אופטי - חוט שמשדר אור - ובלייזר.

יש סליל ארוך של סיב אופטי שמונח בזווית למטרה. בקצה אחד יש לייזר. בקצה השני יש חיישן אור שנקרא פוטודיודה. בדרך יש מפצלי אור ומקטב כדי לשמור על אור מסודר. יש גם מתמר פיאזואלקטרי (PZT), רכיב שמשנה אורך כשהמגדירים רוצים.

הלייזר מחולק לשתי קרניים שנעות בכיוונים הפוכים בסיב. כשהסליל מסתובב, אחד האור מגיע מעט יותר מאוחר מהשני. כשהן מתאחדות, הן מתאבכות - כלומר יכולות להתחזק או להיחלש. השינוי באור שנותר אומר כמה המכשיר סובב.

כמו כל מדיד, יש שגיאות. בדרך כלל מתארים את השגיאה בתצורה פשוטה הכוללת סטייה קבועה, טעות בקנה מידה ורעש אקראי.

ה־FOG מגיע בגדלים שונים, למשל בקוטר של כמה סנטימטרים ועד כ־20 ס"מ. משתמשים בו בניווט של רכבים, מטוסים וספינות. הוא גם עוזר לייצב מצלמות ולשמור על קו ראייה של חלקים צבאיים, כמו קנה טנק.