1نظرة عامة
تختلف عن الموجات الميكانيكية التقليدية مع الدوار الدورية وموجات MEMS المتذبذبة الشائعة ،
مرشح الألياف البصرية (FOG)هو جهاز استشعار جدران عالي الدقة بدون أي أجزاء ميكانيكية متحركة.يستخدم خصائص النقل البصري للألياف البصرية الملفوفة لقياس السرعة الزاوية للأجسام الدائرة بدقةمع مزايا فريدة من نوعها من الدقة عالية للغاية، واستقرار ممتاز والبدء الفوري، يغطي FOG فجوة الطلب من الملاحة الثابتة عالية الدرجة التي لا يمكن للمستشعرات العادية لتلبية.
"فوج" لديه نطاق قياس ديناميكي واسع جداً يمكنه التقاط دوران بطيء جداًوبالإضافة إلى ذلك تستجيب بسرعة للتناوب السريع للطائرات والآلات المتناوبةيدعم بدء التشغيل بدون تأخير ويعمل بشكل مستقر دون وقت التسخين المطلوب من قبل الجيروسكوبات الميكانيكية ، وهو أمر بالغ الأهمية لسيناريوهات الصناعة والفضاء عالية الدقة والرد السريع.
وفقًا للتكوين الهيكلي ، يتم تقسيم FOG إلى أنواع محور واحد وثلاث محورات. تمتلك FOG ذات المحور الواحد حجمًا صغيرًا ووزنًا خفيفًا وتكلفة منخفضة وتعديل بسيط ،مناسبة لأنظمة استقرار الموقف الأساسية في اتجاه واحديمكن لـ FOG ثلاثي المحور أن يدرك تعقب الموقف ثلاثي الأبعاد الكامل بدقة عامة أعلى ، لكنه أكبر في الحجم ، أعلى في التكلفة وأكثر تعقيدًا ،ويستخدم على نطاق واسع في الطائرات، المركبات غير المأهولة والسفن وغيرها من معدات الملاحة عالية الجودة في الموقف الكامل. اعتمادا على أدائها الشامل المتميز ، يتم تطبيق FOG على نطاق واسع في مجال الطيران والفضاء ، الملاحة البحرية ،أنظمة الكشف تحت الماء وقياس الثبات عالي الدقة.
2مبدأ العمل الأساسي: تأثير ساجناك
الآلية الكاملة للعمل من الألياف الضوئية الجيروسكوب مبنية على تأثير Sagnac الكلاسيكي، والتي يمكن فهمها من خلال تشابه بسيط وبديهي.تخيلوا ركابان يبدأان من نفس النقطة على مسار دائري، واحد في اتجاه عقارب الساعة والآخر في اتجاه عقارب الساعة. إذا كان المسار بأكمله يدور في هذه الأثناء، فإن العداء الذي يتحرك في نفس الاتجاه الذي يدور فيه المسار يحتاج إلى السير لمسافة أطول،في حين أن العداء المعاكس يسافر لمسافة أقصر، مما أدى إلى فرق زمني ضئيل في وصولهم
يعمل FOG بنفس المنطق تماماً مع الضوء كـ "الراكض" و الألياف الضوئية الملفوفة كـ "المسار الدائري" مصدر الضوء الداخلي يصدر ضوء مستقر منخفض التماسكوالذي ينقسم إلى شعاعين متطابقينتتحرك الشعاعان في اتجاه عقارب الساعة وعكس عقارب الساعة على طول حلقة الألياف على التوالي. عندما يكون الجيروسكوب ثابتًا ، يعود الشعاعان في نفس الوقت دون فرق في المراحل.
بمجرد أن يدور الجهاز، يتغير مسار الإرسال البصري بشكل خفيف.تشكل فرقاً زمنياً صغيراً وفارقاً مرحلياًهذا الفرق في المراحل متناسب تماماً مع سرعة الدوران الزاويةيمكن للنظام حل دقة سرعة الدوران في الوقت الحقيقي من الناقلتجدر الإشارة إلى أن هذا التأثير ينشأ من تغيير المسار البصري الفعال تحت الدوران ، بدلاً من تغيير سرعة الضوء ،ضمان استقرار وقوة قياس عالية للغاية.
3التركيب الأساسي لـ FOG
يُعد الجيروسكوب الضوئي بالألياف نظامًا متكاملًا إلكترونيًا ضوئيًا كاملًا ، يتكون من مصدر ضوئي ومقرب بصري وملفات الألياف الكهربائية ومستشعر ضوئي ودوائر معالجة الإشارات.جميع المكونات تتعاون بدقة لتحويل التغيرات الضوئية الدقيقة إلى إشارات كهربائية قابلة للقراءة ودقيقة.
مصدر الضوء: يوفر الضوء المستقر منخفض التماسك (مثل مصادر الضوء SLD و ASE) للنظام بأكمله.إن إنتاج الضوء المستقر هو الضمان الأساسي لقمع الضوضاء البصرية وضمان دقة القياس على المدى الطويل من FOG.
المرفق البصري ومرشد الموجات Y-junction: كجزء أساسي للإنقسام والجمع البصري ، ينفصل مقبل نوع X 2 × 2 ومدرب موجات Y شعاع الضوء الواحد إلى شعاعين ينشران عكسًا ، ويعيدان تجميع الضوء المرجع.في هذه الأثناء، فإنه يدرك التحكم في الاستقطاب وتعديل المرحلة، ووضع أساس للكشف عن تأثير ساجناك.
لفائف الألياف: إنها وحدة الاستشعار الأساسية لـ FOG، مصنوعة من الألياف البصرية الطويلة للغاية الملفوفة بإحكام في عدة حلقات.تحسين حساسية و دقة أجهزة الاستشعار بفعاليةعملية التلف والاستقرار الهيكلي لملف الألياف تحدد بشكل مباشر الأداء العام للجهاز.
كاشف الصور: يعمل كمستقبل إشارة بصرية للنظام. إنه يلتقط أشعة الضوء المتداخلة مع فروق المراحل، يحول التغيرات الدقيقة في كثافة الضوء إلى إشارات كهربائية ضعيفة،و يوفر البيانات الأصلية لحل خوارزمية لاحقة.
دائرة معالجة الإشارات: إنه يضخم ويقوم بتغيير وتعديل الإشارات الكهربائية الأصلية الضعيفة ويتصفح التداخلات الضوضائية، وأخيراً يحسب ويعطي بيانات دقيقة ومستقرة وقابلة للاستخدام عن السرعة الزاوية.
4المزايا والقيود وموقع التطبيق
بالمقارنة مع الجيروسكوبات الميكانيكية وجيروسكوبات MEMS، الجيروسكوبات الألياف الضوئية لديها نقاط قوة فريدة من نوعها.الانجراف المنخفض للغاية على المدى الطويل واستقرار العمل الممتازيمتلكون اهتزازات قوية ومقاومة للصدمات، والبدء الفوري دون تأخير، ودقة قياس فائقة،يمكن أن تتكيف مع التشغيل المستمر على المدى الطويل في البيئات القاسية مثل الطيران، سيناريوهات البحار والبحار العميقة.
في الوقت نفسه، فإن لـ (فوغ) أيضاً قيود واضحة في تطبيقها، فهي تتطلب ألياف بصرية طويلة جداً وأجهزة بصرية دقيقة، مما يؤدي إلى حجم وزن أكبر،تكلفة التصنيع الأعلى واستهلاك الطاقة الأعلى نسبياًولذلك، فإنه لا يمكن تصغيرها وتعميمها مثل مستويات المستهلك MEMS الجيروسكوب، وليس مناسبة للأجهزة المحمولة الصغيرة التي تعمل بالبطارية.
في سوق الملاحة الصناعية والجدرانية ، لا يحل FOG محل المراوحة المتحركة MEMS ، ولكنه يشكل علاقة مكملة مثالية. يركز المراوحة المتحركة MEMS على التصغير ،التكلفة المنخفضة والتطبيقات المدنية الكبيرة، في حين أن ألياف الضوء الجيروسكوب ملتزمة بدقة عالية، واستقرار عالية وموثوقية عالية سيناريوهات الملاحة المهنية.إنه جهاز استشعار جدرانية أساسي للمعدات الراقية مثل الطائرات، السفن، أجهزة الكشف عن المياه العميقة وأنظمة الملاحة الثابتة عالية الدقة، ولعب دورا رئيسيا لا يمكن استبداله في مجال الاستشعار الثابت المتطور.
يجب أن تكون رسالتك بين 20-3000 حرف!
