霧の原理と分類

霧の原理と分類

(1)原則

霧の原理は物理学ではサニャック効果と呼ばれています。閉じた光路において、同じ光源から発せられた2本の光線は、同じ検出点に収束する際に干渉を起こします。閉じた光路が慣性空間に対して回転している場合、正負の方向に伝播する光線には光路差が生じ、この差は回転角の速度に比例します。回転角速度は、光電検出器で測定された位相差を用いて算出されます。

式から、ファイバー長が長くなるほど光学移動半径は大きくなり、光波長は短くなります。干渉効果はより顕著になります。したがって、霧の量が多いほど精度は高くなります。サニャック効果は本質的に相対論的な効果であり、水分設計において非常に重要です。
フォグの原理は、光電管から発せられた光線がカプラ（片方の端は3つの絞りに入る）を通過するというものです。2本の光線はリングを異なる方向から通過し、同じ円を回って戻ってくることでコヒーレントな重ね合わせが行われます。戻ってきた光はLEDに戻り、LEDを通して強度を検出します。フォグの原理は一見シンプルですが、最も重要なのは、2本の光線の光路に影響を与える要因をいかに排除するか、つまりフォグの根本的な問題です。

光ファイバージャイロスコープの原理

(2)分類

光ファイバージャイロスコープは、動作原理に基づいて、干渉型光ファイバージャイロスコープ（I-FOG）、共振型光ファイバージャイロスコープ（R-FOG）、誘導ブリルアン散乱型光ファイバージャイロスコープ（B-FOG）に分類されます。現在、最も成熟した光ファイバージャイロスコープは、広く使用されている干渉型光ファイバージャイロスコープ（第一世代光ファイバージャイロスコープ）です。このジャイロスコープは、多重巻き光ファイバーコイルを用いてサニャック効果を高めています。一方、多重巻きシングルモード光ファイバーコイルで構成されたダブルビームリング干渉計は、高精度を実現できますが、全体の構造がより複雑になります。
ループの種類によって、フォグはオープンループミストとクローズドループFOGに分けられます。オープンループ光ファイバージャイロスコープ（Ogg）は、構造がシンプルで、価格が安く、信頼性が高く、消費電力が低いという利点があります。一方、Oggの欠点は、入出力直線性が低く、ダイナミックレンジが狭いことです。そのため、主に角度センサーとして使用されます。オープンループIFOGの基本構造はリング型ダブルビーム干渉計であるため、主に精度が低く、体積が小さい場合に使用されます。
霧の性能指数
霧は主に角速度を測定するために使用され、いかなる測定値も誤差となります。

(1)騒音

霧のノイズメカニズムは主に光学的または光電的な検出部に集中しており、これが水分の最小検出感度を決定します。光ファイバージャイロスコープ（FOG）では、角速度の出力ホワイトノイズを特徴付けるパラメータは、検出帯域幅のランダムウォーク係数です。ホワイトノイズのみの場合、ランダムウォーク係数の定義は、特定の帯域幅における測定されたバイアス安定性と検出帯域幅の平方根の比として簡略化できます。

他の種類のノイズやドリフトがある場合は、通常、Allan の分散分析を使用して適切な方法でランダム ウォーク係数を取得します。

(2)ゼロドリフト

霧を使用する場合、角度計算が必要です。角度は角速度積分によって得られます。しかし、長時間使用するとドリフトが蓄積され、誤差がどんどん大きくなります。一般的に、高速応答アプリケーション（短期）では、ノイズがシステムに大きな影響を与えます。一方、ナビゲーションアプリケーション（長期）では、ゼロドリフトがシステムに大きな影響を与えます。

(3)スケールファクター（スケール係数）

スケール係数の誤差が小さいほど、測定結果は正確になります。

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