जड़त्वीय नौवहन के क्षेत्र में, फाइबर ऑप्टिक गायरोस्कोप (FOG) और माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम (MEMS) गायरोस्कोप दो मुख्य प्रौद्योगिकियां हैं। पूर्व उच्च-अंत बाजार पर अल्ट्रा-उच्च परिशुद्धता के साथ हावी है, जबकि बाद वाला अपने कॉम्पैक्ट आकार और कम लागत के साथ दैनिक परिदृश्यों में प्रवेश करता है। एक दूसरे के विकल्प होने के बजाय, वे अपने सिद्धांतों में अंतर के आधार पर एक पूरक पैटर्न बनाते हैं, जो उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स से लेकर एयरोस्पेस तक जड़त्वीय संवेदन आवश्यकताओं का संयुक्त रूप से समर्थन करते हैं।
सिद्धांत विचलन: ऑप्टिकल इंटरफेरेंस और माइक्रो-वाइब्रेशन सेंसिंग के बीच का मौलिक अंतर
दोनों गायरोस्कोप के बीच का मुख्य अंतर उनके भौतिक सिद्धांतों से उपजा है। FOG सैग्नैक प्रभाव पर आधारित है: एक एकल प्रकाश स्रोत को दो बीमों में विभाजित किया जाता है, जो सैकड़ों मीटर से लेकर कई किलोमीटर तक की ऑप्टिकल फाइबर कॉइल के साथ दक्षिणावर्त और वामावर्त दिशा में प्रसारित होते हैं। जब वाहक घूमता है, तो दो बीमों के बीच एक ऑप्टिकल पथ अंतर उत्पन्न होता है, और हस्तक्षेप फ्रिंज में परिवर्तन के माध्यम से कोणीय वेग की गणना की जा सकती है। संपूर्ण प्रणाली में कोई हिलने वाले यांत्रिक भाग नहीं होते हैं और यह मुख्य रूप से सटीक ऑप्टिकल डिजाइन पर निर्भर करता है।
दूसरी ओर, MEMS गायरोस्कोप, कोरिओलिस प्रभाव पर निर्भर करते हैं। ट्यूनिंग फोर्क या रेज़ोनेंट रिंग जैसे माइक्रोस्ट्रक्चर को सिलिकॉन वेफर पर उकेरा जाता है और इलेक्ट्रोस्टैटिक बल के माध्यम से कंपन करने के लिए प्रेरित किया जाता है। घूर्णन के दौरान उत्पन्न ऑर्थोगोनल कंपन को माप के लिए कैपेसिटेंस परिवर्तनों के माध्यम से विद्युत संकेतों में परिवर्तित किया जा सकता है। इसका निर्माण एकीकृत सर्किट प्रक्रियाओं के साथ संगत है, जो चिप-स्तरीय एकीकरण को सक्षम बनाता है, जो लघुकरण की कुंजी है।
प्रदर्शन खेल: परिशुद्धता और लागत-प्रभावशीलता के बीच समझौता
प्रदर्शन मापदंडों की तुलना उनके स्थान में अंतर को उजागर करती है। परिशुद्धता के संदर्भ में, FOG का एक महत्वपूर्ण लाभ है: मध्य-से-उच्च-अंत मॉडल 0.001°/h से कम की पूर्वाग्रह स्थिरता प्राप्त कर सकते हैं, जो उपग्रह संकेतों के बिना लंबे समय तक उच्च-परिशुद्धता नेविगेशन बनाए रखते हैं। हालाँकि, MEMS गायरोस्कोप में आमतौर पर 1°/h से 1000°/h तक की परिशुद्धता होती है। हालाँकि सामरिक-श्रेणी के उत्पादों ने 0.05°/h का एक सफलता हासिल की है, लेकिन वे तापमान और कंपन से बहुत प्रभावित होते हैं और एल्गोरिथम क्षतिपूर्ति की आवश्यकता होती है।
MEMS लागत-प्रभावशीलता में कहीं बेहतर है: मिलीमीटर-स्तर के आकार, मिलीवाट-स्तर की बिजली खपत और कुछ अमेरिकी डॉलर जितनी कम एकल-इकाई लागत के साथ, यह 100-मिलियन-स्तर के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त है। हालाँकि, FOG के लिए विशेष ऑप्टिकल फाइबर और ऑप्टिकल घटकों की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप लागत सैकड़ों से लेकर हजारों अमेरिकी डॉलर तक होती है। इसका आयतन ज्यादातर घन सेंटीमीटर स्तर में होता है, और इसकी बिजली खपत 100 मिलीवाट से 1 वाट तक होती है। फिर भी, चरम वातावरण में, यांत्रिक घिसाव के बिना FOG की पूरी तरह से ठोस अवस्था संरचना अधिक विश्वसनीय है और इसमें बेहतर झटके और कंपन प्रतिरोध है।
परिदृश्य अनुकूलन: उच्च-अंत आवश्यकता और बड़े पैमाने पर लोकप्रियता के बीच श्रम का विभाजन
ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स MEMS के लिए एक विशिष्ट अनुप्रयोग क्षेत्र है। आधुनिक कारों की ESP प्रणाली में, MEMS गायरोस्कोप वाहन बॉडी की याव दर का वास्तविक समय में पता लगाते हैं। जब एक स्किड अग्रदूत का पता लगाया जाता है, तो वाहन को स्थिर करने के लिए तुरंत ब्रेकिंग हस्तक्षेप शुरू किया जाता है, और यह मध्य-से-उच्च-अंत मॉडल में एक मानक विन्यास बन गया है। मोबाइल फोन स्क्रीन रोटेशन और यूएवी होवरिंग जैसे परिदृश्य भी कार्यात्मक कार्यान्वयन को महसूस करने के लिए इसकी लागत लाभ पर निर्भर करते हैं।
दूसरी ओर, FOG उच्च-परिशुद्धता क्षेत्र पर हावी है। समुद्र में जाने वाले जहाज के नेविगेशन को लंबे समय तक उपग्रह संकेतों से स्वतंत्र होने की आवश्यकता होती है, और FOG की उच्च स्थिरता इसे एक मुख्य घटक बनाती है। तेल कुएं लॉगिंग में, इसका उच्च तापमान और उच्च दबाव प्रतिरोध ड्रिलिंग प्रक्षेपवक्र को सटीक रूप से मॉनिटर कर सकता है। सामरिक-श्रेणी के FOG को मिसाइल मार्गदर्शन में और लागू किया जाता है, जो जटिल विद्युत चुम्बकीय वातावरण में हिट सटीकता सुनिश्चित करता है।
मध्य-अंत बाजार में एक ओवरलैप है: बारिश और कोहरे की गश्त के दौरान गुआंगज़ौ मैरीटाइम यूएवी के लिए, सामरिक-श्रेणी के MEMS लागत और परिशुद्धता को संतुलित कर सकते हैं; यदि उपग्रह संकेतों के बिना दीर्घकालिक नेविगेशन की आवश्यकता है, तो कम-परिशुद्धता FOG अधिक विश्वसनीय है। चुनाव प्राथमिकताओं पर निर्भर करता है—लागत संवेदनशीलता के लिए MEMS और परिशुद्धता आवश्यकताओं के लिए FOG।
भविष्य के रुझान: पूरकता में आपसी उन्नति
प्रौद्योगिकी पुनरावृत्ति दोनों के बीच की सीमाओं को धुंधला कर रही है: MEMS परिशुद्धता सामग्री संशोधन और एल्गोरिथम अनुकूलन के माध्यम से सुधार करना जारी रखती है। Google के OCS उपकरण ने अपने माइक्रो-मिरर घटकों को अपनाया है, और 2030 तक इसकी शिपमेंट मात्रा 300,000 इकाइयों तक पहुंचने की उम्मीद है। इस बीच, FOG लघुकरण में सफलता प्राप्त कर रहा है, जिसमें सैन्य-श्रेणी के मॉडल पहले से ही हैंडहेल्ड उपकरणों के लिए अनुकूलित हैं।
लंबे समय में, दोनों पूरक बने रहेंगे: MEMS उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, इंटरनेट ऑफ थिंग्स और अन्य क्षेत्रों में अपनी पैठ बढ़ाएगा; एयरोस्पेस और रणनीतिक नेविगेशन जैसे उच्च-अंत परिदृश्यों में FOG की स्थिति अटूट बनी हुई है। भविष्य की नवाचार दिशा उपग्रह नेविगेशन के साथ दोनों के एकीकृत अनुप्रयोग में हो सकती है, जो परिशुद्धता और लागत के बीच बेहतर संतुलन खोज रही है।
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