Ein faseroptisches Gyroskop (FOG) ist ein Präzisionssensor, der die Winkelgeschwindigkeit mittels Lichtinterferenz anstatt mechanischer Komponenten misst. Ingenieure setzen optische Gyroskope typischerweise in der Luft- und Raumfahrt, in maritimen Anwendungen und in Navigationssystemen ein, wo hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit unerlässlich sind.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Kreiselkompassen mit rotierenden Massen enthalten optische Gyroskope keine beweglichen Teile, was ihre Langlebigkeit und Vibrations- und Schockfestigkeit verbessert.
Ein optisches Gyroskop funktioniert nach dem Sagnac-Effekt. Dieser Effekt verursacht eine Phasenverschiebung, wenn sich das System dreht. Das System teilt einen Lichtstrahl in zwei Teile. Ein Strahl bewegt sich im Uhrzeigersinn, der andere entgegen dem Uhrzeigersinn. Beide Strahlen durchlaufen eine geschlossene optische Faser oder einen Resonanzhohlraum. Die Rotation führt zu einer Differenz in der Laufzeit zwischen den Strahlen. Diese Differenz 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. Wenn sich das System jedoch dreht, legt ein Strahl einen etwas längeren Weg zurück als der andere, wodurch eine messbare Phasendifferenz entsteht. Das Gyroskop wandelt diese Phasenverschiebung in eine präzise Winkelgeschwindigkeitsmessung um.
Es gibt zwei Haupttypen optischer Gyroskope: das Ringlasergyroskop (RLG) und das faseroptische Gyroskop (FOG). RLGs verwenden Laserstrahlen innerhalb eines dreieckigen oder quadratischen Hohlraums aus Spiegeln, während FOGs Licht durch lange Spulen aus Glasfasern leiten. FOGs sind tendenziell kleiner, leichter und robuster, was sie ideal für mobile oder platzbeschränkte Plattformen macht.
Diese Sensoren spielen eine Schlüsselrolle in Trägheitsnavigationssystemen, wo sie helfen, Position, Kurs und Orientierung zu bestimmen, ohne auf externe Referenzen wie GPS angewiesen zu sein. Ihre Fähigkeit, in GNSS-verweigerten oder rauen Umgebungen zu funktionieren, macht sie unverzichtbar in der Verteidigung, Luft- und Raumfahrt, autonomen Fahrzeugen und Unterwassernavigation.
FOG – Fiber Optic Gyroscope (Faseroptisches Gyroskop)
