FOG – Fiber Optic Gyroscope (Faseroptisches Gyroskop)
Ein faseroptisches Gyroskop (FOG) ist ein Präzisionssensor, der die Winkelgeschwindigkeit mithilfe von Lichtinterferenz statt mechanischer Komponenten misst. Ingenieure setzen optische Gyroskope in der Regel in Luft- und Raumfahrt-, Schifffahrts- und Navigationssystemen ein, wo hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit unerlässlich sind.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Gyroskopen mit rotierender Masse enthalten optische Gyroskope keine beweglichen Teile, was ihre Lebensdauer sowie ihre Vibrations- und Stoßfestigkeit verbessert.
Ein optisches Gyroskop nutzt den Sagnac-Effekt. Dieser Effekt bewirkt eine Phasenverschiebung, wenn sich das System dreht. Das System teilt einen Lichtstrahl in zwei Teile auf. Ein Strahl läuft im Uhrzeigersinn, der andere gegen den Uhrzeigersinn. Beide Strahlen durchlaufen eine geschlossene Glasfaser oder einen Resonanzhohlraum. Durch die Drehung entsteht ein Unterschied in der Laufzeit der beiden Strahlen. Dieser Unterschied erzeugt eine messbare Phasenverschiebung. Das System nutzt diese Verschiebung, um die Rotationsgeschwindigkeit zu berechnen.
Befindet sich das System im Ruhezustand, kehren beide Strahlen gleichzeitig zum Detektor zurück und interferieren konstruktiv. Dreht sich das System jedoch, legt ein Strahl einen etwas längeren Weg zurück als der andere, wodurch eine messbare Phasendifferenz entsteht. Das Gyroskop wandelt diese Phasenverschiebung in einen präzisen Winkelgeschwindigkeitswert um.
Es gibt zwei Haupttypen optischer Gyroskope: das Ringlaser-Gyroskop (RLG) und das faseroptische Gyroskop (FOG). RLGs nutzen Laserstrahlen in einem dreieckigen oder quadratischen Resonator aus Spiegeln, während FOGs das Licht durch lange Glasfaserspulen leiten. FOGs sind in der Regel kleiner, leichter und robuster, was sie ideal für mobile oder platzbeschränkte Plattformen macht.
Diese Sensoren spielen eine Schlüsselrolle in Trägheitsnavigationssystemen, wo sie dabei helfen, Position, Kurs und Ausrichtung zu bestimmen, ohne auf externe Referenzen wie GPS angewiesen zu sein. Ihre Fähigkeit, in Umgebungen ohne „ GNSS “ (GPS-Signal) oder unter rauen Bedingungen zu funktionieren, macht sie in den Bereichen Verteidigung, Luft- und Raumfahrt sowie bei autonomen Fahrzeugen unverzichtbar.
