Giroscopio in fibra

Incorporando l'effetto Sagnac, i giroscopi a base ottica offrono prestazioni economiche, robuste e affidabili.

I giroscopi tradizionali, basati sulla quantità di moto di un rotore in rotazione, vengono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni in cui sono richiesti dati di orientamento e guida. Sebbene siano collaudati e ben compresi, questi dispositivi meccanici sono suscettibili ai danni causati da urti e vibrazioni e mostrano sensibilità all'accelerazione trasversale. Le versioni a basso costo possono anche soffrire di problemi di affidabilità. Nel tentativo di risolvere questi problemi, gli ingegneri hanno sviluppato tecnologie alternative come giroscopi laser ad anello (RLG), giroscopi a fibra ottica (FOG) e giroscopi vibranti di Coriolis (CVG).

Sia l'RLG che il FOG utilizzano l'effetto Sagnac, scoperto nel 1913. In un interferometro Sagnac, due fasci di luce attraversano una configurazione ad anello in direzioni opposte. La rotazione dell'interferometro riduce effettivamente il percorso ottico percorso da uno dei raggi, allungando l'altro. La figura di interferenza prodotta dai due fasci mostra uno spostamento delle frange proporzionale alla velocità angolare di rotazione.

I giroscopi laser ad anello sono ora ampiamente utilizzati nei sistemi di navigazione inerziale per aerei. Poiché gli RLG richiedono un alto vuoto e la tecnologia degli specchi di precisione, tuttavia, i problemi di costo hanno limitato la loro penetrazione in applicazioni di fascia bassa come la robotica, la stabilizzazione e la navigazione terrestre.

Giroscopi a fibra ottica

Utilizzando una bobina di fibra ottica speciale, i FOG svolgono gli stessi compiti degli RLG a un costo notevolmente inferiore. Il principio fisico di funzionamento è analogo all'effetto Doppler, ma in questo caso si tratta della determinazione dello sfasamento tra i due fasci luminosi che si propagano in senso contrario.

I giroscopi interferometrici in fibra ottica possono essere configurati sia a circuito chiuso che a circuito aperto, ma il costo del primo attualmente lo limita alle applicazioni di avionica e navigazione inerziale. La configurazione ad anello aperto è costituita da una bobina in fibra, uno o due accoppiatori direzionali e un polarizzatore, tutti realizzati in fibra ottica monomodale con mantenimento della polarizzazione. Inoltre, il sistema richiede una sorgente e un rilevatore ottici e un dispositivo piezoelettrico (PZT) avvolto con una piccola lunghezza di un'estremità della bobina in fibra per applicare una modulazione di fase non reciproca.