リングレーザーと光ファイバージャイロスコープ：原理、種類、性能比較

最新の慣性航法システムは、高精度な回転センサーに大きく依存しています。その中でも、リングレーザー ジャイロスコープ (RLG)と光ファイバー ジャイロスコープ (FOG)は、その安定性、精度、信頼性から最も広く使用されています。

この記事では、これらのジャイロスコープの動作原理、光ファイバージャイロのさまざまな分類、および国際的な性能比較について明確な概要を説明します。

1. リングレーザー ジャイロスコープ (RLG)とは？

レーザー ジャイロスコープの学術名はリングレーザーです。
その国際的に認められた用語はリングレーザー ジャイロスコープ (RLG)です。

RLGは本質的にHe-Ne (ヘリウム–ネオン) レーザーと閉じたリングキャビティです。
キャビティ内では、2つのレーザービームが反対方向に伝搬します。システムが回転すると、光路長が非対称に変化し、測定可能な周波数の差が生じます。

この物理的メカニズムは、サニャック効果 として知られており、すべての光ジャイロスコープで使用されているのと同じ原理です。

RLGが重要な理由

広いダイナミックレンジ

非常に高い精度

卓越した長期安定性

航空宇宙および防衛用途で成熟し、実績がある

2. 光ファイバー ジャイロスコープ (FOG): タイプと測定原理

光ファイバー ジャイロスコープもサニャック効果に依存していますが、レーザーキャビティの代わりに、光が長い光ファイバーコイルを通過します。

FOGは、次の3つの主要なタイプに分類できます。

2.1 共振型光ファイバー ジャイロスコープ (RFOG)

位相差周波数差を測定

共振光キャビティを使用

非常に高い精度の可能性

次世代のナビゲーションシステムに最適

2.2 干渉型光ファイバー ジャイロスコープ (IFOG)

位相差を測定

現在最も成熟し、広く使用されているタイプ

高い信頼性と優れたコストパフォーマンス

2.3 ブリルアン散乱光ファイバー ジャイロスコープ (BFOG)

位相差を測定

光ファイバーにおけるブリルアン散乱効果を利用

高精度用途に適しています

3. オープンループ vs. クローズドループ FOG アーキテクチャ

オープンループ光ファイバー ジャイロ

比較的シンプルな設計

小さいダイナミックレンジ

貧弱なスケールファクタの直線性

低い精度

コスト重視または中程度の性能の用途に最適です。

クローズドループ光ファイバー ジャイロ

より複雑な設計

広いダイナミックレンジ

優れたスケールファクタの直線性

高い精度

航空宇宙、ロボット工学、海洋、無人システムで広く採用されています。

4. RLG vs. FOG: 性能比較

5. 精度レベル: 国内 vs. 国際

中国 (国内):

RLG精度: >5 ppm

バイアス安定性: 0.01–0.001°/h

国際 (トップティア):

RLG精度: <1 ppm

バイアス安定性: 0.0001°/h

これらの仕様により、海外のハイエンドRLGは、世界で最も正確な慣性センサーの1つとなっています。

6. まとめ

リングレーザー ジャイロスコープと光ファイバー ジャイロスコープはどちらも、高性能慣性航法の不可欠なコンポーネントです。それらの違いは次のように要約できます。

RLG は、優れた精度と長期安定性を提供し、航空宇宙および戦略システムに最適です。

FOG は、さまざまな性能レベルに適した複数のアーキテクチャ (IFOG、RFOG、BFOG) を備えた、柔軟でスケーラブルなアプローチを提供します。

クローズドループ FOG は、コストと性能のギャップを埋め、主流の産業およびUAVアプリケーションを支配しています。

共振およびブリルアンFOG技術の継続的な革新と、RLG製造プロセスの着実な進歩により、光ジャイロスコープは、慣性航法の精度において新たな基準を打ち立て続けるでしょう。