FOG – Faseroptisches Gyroskop
Ein Faseroptisches Gyroskop (FOG) ist ein Präzisionssensor, der Winkelgeschwindigkeiten über Lichtinterferenz anstelle mechanischer Komponenten misst. Ingenieure setzen optische Gyroskope typischerweise in der Luft- und Raumfahrt, in der Schifffahrt sowie in Navigationssystemen ein, wo hohe Zuverlässigkeit und Präzision unerlässlich sind.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Kreiselgeräten mit rotierender Masse besitzen optische Gyroskope keine beweglichen Teile, was ihre Haltbarkeit sowie ihre Vibrations- und Schockfestigkeit verbessert.
Ein optisches Gyroskop arbeitet nach dem Sagnac-Effekt. Dieser Effekt verursacht eine Phasenverschiebung, wenn das System rotiert. Das System teilt einen Lichtstrahl in zwei Teile auf. Ein Strahl läuft im Uhrzeigersinn, der andere entgegen dem Uhrzeigersinn. Beide Strahlen bewegen sich durch eine geschlossene Faseroptikschleife oder einen Resonator. Eine Rotation verursacht einen Laufzeitunterschied zwischen den Strahlen. Dieser Unterschied erzeugt eine messbare Phasenverschiebung. Das System nutzt diese Verschiebung, um die Rotationsrate zu berechnen.
Wenn das System stationär ist, kehren beide Strahlen gleichzeitig zum Detektor zurück und interferieren konstruktiv. Rotiert das System jedoch, legt ein Strahl einen etwas längeren Weg zurück als der andere, wodurch ein messbarer Phasenunterschied entsteht. Das Gyroskop wandelt diese Phasenverschiebung in einen präzisen Winkelgeschwindigkeitswert um.
Es gibt zwei Haupttypen von optischen Gyroskopen: den Ringlaserkreisel (RLG) und das Faseroptische Gyroskop (FOG). RLGs verwenden Laserstrahlen in einem dreieckigen oder quadratischen Hohlraum aus Spiegeln, während FOGs Licht durch lange Glasfaserspulen leiten. FOGs sind in der Regel kleiner, leichter und robuster, wodurch sie sich ideal für mobile oder raumbeschränkte Plattformen eignen.
Diese Sensoren spielen eine Schlüsselrolle in Trägheitsnavigationssystemen, wo sie dabei helfen, Position, Kurs und Orientierung zu bestimmen, ohne auf externe Referenzen wie GPS angewiesen zu sein. Ihre Fähigkeit, in GNSS-abgedeckten (GNSS-Denied) oder rauen Umgebungen zu funktionieren, macht sie in der Verteidigung, Luft- und Raumfahrt sowie bei autonomen Fahrzeugen unverzichtbar.
