안개의 원리와 분류
(1)원리
안개의 원리는 물리학에서 사냑 효과(Sagnac effect)라고 합니다. 닫힌 빛 경로에서 같은 광원에서 나온 두 광선이 같은 검출 지점으로 모일 때 간섭을 일으킵니다. 닫힌 빛 경로가 관성 공간에 대해 회전하는 경우, 양(+) 및 음(-) 방향으로 전파되는 광선은 위쪽 회전각의 속도에 비례하는 빛 경로 차이를 생성합니다. 회전각 속도는 광전 검출기로 측정된 위상차를 이용하여 계산됩니다.
공식에 따르면, 섬유 길이가 길수록 광학적 보행 반경이 커지고, 광학적 파장은 짧아집니다. 간섭 효과는 더욱 두드러집니다. 따라서 안개의 양이 많을수록 정확도가 높아집니다. 사냑 효과는 본질적으로 상대론적 효과이며, 습도 설계에 매우 중요합니다.
안개의 원리는 광전관에서 나온 광선이 커플러를 통과하는 것입니다(한쪽 끝이 세 개의 정지점에 도달합니다). 두 광선이 링을 통해 서로 다른 방향으로 링에 입사한 후, 결맞는 중첩을 위해 한 원을 돌아 되돌아옵니다. 되돌아온 빛은 LED로 돌아와 LED를 통해 세기를 감지합니다. 안개의 원리는 간단해 보이지만, 가장 중요한 것은 두 광선의 광경로에 영향을 미치는 요인을 어떻게 제거할 것인가입니다. 이는 안개의 근본적인 문제입니다.
광섬유 자이로스코프의 원리
(2)분류
작동 원리에 따라 광섬유 자이로스코프는 간섭계 광섬유 자이로스코프(I-FOG), 공진 광섬유 자이로스코프(R-FOG), 그리고 유도 브릴루앙 산란 광섬유 자이로스코프(B-FOG)로 구분할 수 있습니다. 현재 가장 발전된 광섬유 자이로스코프는 간섭계 광섬유 자이로스코프(1세대 광섬유 자이로스코프)로, 널리 사용되고 있습니다. 간섭계 광섬유 자이로스코프는 사냑 효과를 강화하기 위해 다중 회전 광섬유 코일을 사용합니다. 반면, 다중 회전 단일 모드 광섬유 코일로 구성된 이중 빔 링 간섭계는 높은 정밀도를 제공하지만, 이로 인해 전체 구조가 더욱 복잡해집니다.
안개는 루프 유형에 따라 개방 루프 미스트(open-loop mist)와 폐쇄 루프 FOG(closed-loop FOG)로 구분할 수 있습니다. 개방 루프 광섬유 자이로스코프(Ogg)는 구조가 간단하고 가격이 저렴하며 신뢰성이 높고 전력 소모가 적다는 장점이 있습니다. 반면, Ogg는 입출력 선형성이 낮고 동적 범위가 좁다는 단점이 있습니다. 따라서 주로 각도 센서로 사용됩니다. 개방 루프 IFOG는 링 이중 빔 간섭계로 기본 구조가 구성되어 있어 정밀도가 낮고 크기가 작은 환경에서 주로 사용됩니다.
안개 성능 지수
안개는 주로 각속도를 측정하는 데 사용되며, 어떠한 측정도 오류입니다.
(1)소음
안개의 잡음 메커니즘은 주로 광학 또는 광전 감지 부분에 집중되어 있으며, 이는 습기의 최소 감지 감도를 결정합니다. 광섬유 자이로스코프(FOG)에서 각속도 출력 백색 잡음을 특징짓는 매개변수는 감지 대역폭의 랜덤 워크 계수입니다. 백색 잡음만 있는 경우, 랜덤 워크 계수는 특정 대역폭에서 측정된 바이어스 안정도와 감지 대역폭의 제곱근의 비율로 단순화할 수 있습니다.
다른 유형의 노이즈나 드리프트가 있는 경우 일반적으로 앨런의 분산 분석을 사용하여 적절한 방법으로 랜덤 워크 계수를 구합니다.
(2)제로 드리프트
안개를 사용할 때는 각도 계산이 필요합니다. 각도는 각속도 적분으로 구합니다. 하지만 시간이 지남에 따라 드리프트가 누적되어 오차가 점점 커지고 있습니다. 일반적으로 빠른 응답 애플리케이션(단기)의 경우 노이즈가 시스템에 상당한 영향을 미칩니다. 반면, 내비게이션 애플리케이션(장기)의 경우 제로 드리프트가 시스템에 상당한 영향을 미칩니다.
(3)스케일 인자(scale factor)
축척 계수 오차가 작을수록 측정 결과는 더 정확해집니다.
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게시일: 2023년 5월 4일