1. अवलोकन
पारंपरिक यांत्रिक जिरोस्कोपों से अलग घूर्णी रोटर और सामान्य कंपन एमईएमएस जिरोस्कोप,
फाइबर ऑप्टिक जायरोस्कोप (एफओजी)किसी भी गतिशील यांत्रिक भागों के बिना एक उच्च परिशुद्धता जड़ता सेंसर है।यह घूर्णन वस्तुओं के कोणीय वेग को सटीक रूप से मापने के लिए घुमावदार ऑप्टिकल फाइबर के ऑप्टिकल संचरण विशेषताओं का उपयोग करता हैअल्ट्रा-हाई प्रेसिजन, उत्कृष्ट स्थिरता और तत्काल स्टार्टअप के अनूठे फायदे के साथ, एफओजी उच्च अंत जड़ता नेविगेशन की मांग के अंतर को भरता है जो सामान्य सेंसर पूरा नहीं कर सकते हैं।
एफओजी में बहुत व्यापक गतिशील माप सीमा है। यह पृथ्वी के घूर्णन के रूप में अति धीमी घूर्णन को पकड़ सकता है,और विमानों और घूर्णन मशीनरी के उच्च गति वाले घूर्णन के लिए भी जल्दी से प्रतिक्रिया करते हैंयह शून्य-देरी स्टार्टअप का समर्थन करता है और यांत्रिक gyroscopes द्वारा आवश्यक वार्म-अप समय के बिना स्थिर रूप से काम करता है, जो उच्च परिशुद्धता और तेजी से प्रतिक्रिया औद्योगिक और एयरोस्पेस परिदृश्यों के लिए महत्वपूर्ण है.
संरचनात्मक विन्यास के अनुसार, एफओजी को एकल-अक्षीय और तीन-अक्षीय प्रकारों में विभाजित किया गया है। एकल-अक्षीय एफओजी में छोटे आकार, हल्के वजन, कम लागत और सरल कैलिब्रेशन है,एक दिशा में स्थिति स्थिरता प्रणाली के लिए उपयुक्ततीन अक्षीय एफओजी पूर्ण त्रि-आयामी दृष्टिकोण ट्रैकिंग को अधिक समग्र सटीकता के साथ महसूस कर सकता है, लेकिन यह आकार में बड़ा, लागत में अधिक और कैलिब्रेट करने के लिए अधिक जटिल है,और विमानों में व्यापक रूप से प्रयोग किया जाता है, मानव रहित वाहनों, जहाजों और अन्य उच्च अंत पूर्ण स्थिति नेविगेशन उपकरण। अपने उत्कृष्ट व्यापक प्रदर्शन पर भरोसा करते हुए, एफओजी का व्यापक रूप से एयरोस्पेस, समुद्री नेविगेशन,पानी के नीचे का पता लगाने और उच्च सटीकता वाले जड़ता माप प्रणाली.
2मूल कार्य सिद्धांत: सग्नैक प्रभाव
फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप का सम्पूर्ण कार्य तंत्र शास्त्रीय सग्नैक प्रभाव पर आधारित है, जिसे एक सरल और सहज सादृश्य के माध्यम से समझा जा सकता है।कल्पना कीजिए कि दो धावक एक ही बिंदु से एक गोल ट्रैक पर दौड़ रहे हैं, एक घड़ी की दिशा में चल रहा है और अन्य घड़ी की दिशा के विपरीत है. अगर पूरे ट्रैक इस बीच घूमता है, धावक ट्रैक घूर्णन के रूप में एक ही दिशा में चल रहा है एक लंबी दूरी की यात्रा की जरूरत है,जबकि विपरीत धावक एक छोटी दूरी की यात्रा करता है, जिसके परिणामस्वरूप उनके आगमन में एक छोटा सा समय अंतर है।
एफओजी "रनर" के रूप में प्रकाश और "सर्कुलर ट्रैक" के रूप में घुमावदार ऑप्टिकल फाइबर के साथ बिल्कुल उसी तर्क में काम करता है। आंतरिक प्रकाश स्रोत स्थिर कम सामंजस्य प्रकाश उत्सर्जित करता है,जो दो समान बीमों में विभाजित है. दोनों बीम क्रमशः फाइबर लूप के साथ घड़ी के दिशा में और घड़ी के विपरीत दिशा में यात्रा करते हैं। जब जिरोस्कोप स्थिर होता है, तो दो बीम एक ही समय में बिना चरण अंतर के लौटते हैं।
एक बार जब उपकरण घूमता है, तो ऑप्टिकल ट्रांसमिशन पथ सूक्ष्म रूप से बदल जाता है। प्रकाश की एक किरण एक लंबे प्रभावी मार्ग की यात्रा करती है, जबकि दूसरी एक छोटी यात्रा करती है,एक छोटा सा समय अंतर और चरण अंतर का गठनयह चरण अंतर घूर्णन कोणीय वेग के सख्ती से आनुपातिक है।प्रणाली सही ढंग से वास्तविक समय में वाहक की घूर्णन गति हल कर सकते हैंयह ध्यान देने योग्य है कि यह प्रभाव प्रकाश की गति के परिवर्तन के बजाय रोटेशन के तहत प्रभावी ऑप्टिकल पथ के परिवर्तन से उत्पन्न होता है,अत्यधिक उच्च माप स्थिरता और सटीकता सुनिश्चित करना.
3एफओजी की मूल संरचना
फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप एक पूर्ण ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकीकृत प्रणाली है, जिसमें प्रकाश स्रोत, ऑप्टिकल कपलर, फाइबर कॉइल, फोटोडटेक्टर और सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट शामिल हैं।सभी घटक सटीक रूप से छोटे ऑप्टिकल चरण परिवर्तनों को पठनीय और सटीक कोणीय वेग विद्युत संकेतों में परिवर्तित करने के लिए सहयोग करते हैं.
प्रकाश स्रोत: यह पूरी प्रणाली के लिए स्थिर निम्न-समन्वय प्रकाश (जैसे एसएलडी और एएसई प्रकाश स्रोत) प्रदान करता है।स्थिर प्रकाश उत्पादन ऑप्टिकल शोर को दबाने और एफओजी की दीर्घकालिक माप सटीकता सुनिश्चित करने के लिए बुनियादी गारंटी है.
ऑप्टिकल कपलर और वाई-जंक्शन वेवगाइड: मुख्य ऑप्टिकल विभाजन और संयोजन घटक के रूप में, 2×2 एक्स-प्रकार के युग्मक और वाई-वेवगाइड प्रकाश के एकल बीम को दो रिवर्स प्रसारित बीम में विभाजित करते हैं, और लौटे प्रकाश को फिर से जोड़ते हैं।इस बीच, यह ध्रुवीकरण नियंत्रण और चरण मॉड्यूलेशन का एहसास करता है, जो सग्नाक प्रभाव का पता लगाने की नींव रखता है।
फाइबर कॉइल: यह एफओजी की कोर सेंसर यूनिट है, जो अल्ट्रा-लॉन्ग ऑप्टिकल फाइबर से बनी है, जो कई मोड़ में कसकर घुमाया जाता है। अधिक कॉइल मोड़ और लंबी फाइबर लंबाई छोटे सागनाक चरण अंतर को बढ़ा सकती है,सेंसर की संवेदनशीलता और सटीकता में प्रभावी ढंग से सुधारफाइबर कॉइल की घुमाव प्रक्रिया और संरचनात्मक स्थिरता सीधे जिरोस्कोप के समग्र प्रदर्शन को निर्धारित करती है।
फोटो डिटेक्टर: यह प्रणाली के ऑप्टिकल सिग्नल रिसीवर के रूप में कार्य करता है। यह चरण अंतर के साथ हस्तक्षेप प्रकाश बीम को पकड़ता है, प्रकाश तीव्रता में सूक्ष्म परिवर्तनों को कमजोर विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है,और बाद के एल्गोरिथ्म हल करने के लिए मूल डेटा प्रदान करता है.
सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट: यह कमजोर मूल विद्युत संकेतों को बढ़ाता, विघटित करता और कैलिब्रेट करता है, शोर हस्तक्षेप को फ़िल्टर करता है, और अंत में सटीक, स्थिर और प्रयोग करने योग्य कोणीय वेग डेटा की गणना और आउटपुट करता है।
4लाभ, सीमाएं और अनुप्रयोग की स्थिति
यांत्रिक gyroscopes और MEMS gyroscopes की तुलना में, फाइबर ऑप्टिक gyroscopes अद्वितीय कोर ताकत है। कोई यांत्रिक चलती भागों के साथ, वे शून्य यांत्रिक पहनने है,बहुत कम दीर्घकालिक बहाव और उत्कृष्ट कार्य स्थिरताइनकी विशेषताएं मजबूत कंपन और झटके प्रतिरोध, तुरंत देरी के बिना स्टार्टअप, और अल्ट्रा उच्च माप सटीकता है,जो विमानन जैसे कठोर वातावरण में दीर्घकालिक निरंतर संचालन के लिए अनुकूल हो सकता है, समुद्री और गहरे समुद्र के परिदृश्य।
इस बीच, एफओजी के पास स्पष्ट अनुप्रयोग सीमाएं भी हैं। इसके लिए अल्ट्रा-लंबे ऑप्टिकल फाइबर और सटीक ऑप्टिकल उपकरणों की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक मात्रा और वजन होता है,उच्च विनिर्माण लागत और अपेक्षाकृत अधिक बिजली की खपतइसलिए, इसे उपभोक्ता ग्रेड के एमईएमएस जियोस्कोप की तरह छोटा और लोकप्रिय नहीं किया जा सकता है, और यह छोटी बैटरी संचालित पोर्टेबल उपकरणों के लिए उपयुक्त नहीं है।
औद्योगिक और जड़ता नेविगेशन बाजार में, एफओजी एमईएमएस जियोस्कोप की जगह नहीं लेता है, लेकिन एक पूर्ण पूरक संबंध बनाता है। एमईएमएस जियोस्कोप लघुकरण पर ध्यान केंद्रित करते हैं,कम लागत और बड़े पैमाने पर नागरिक अनुप्रयोग, जबकि फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप उच्च परिशुद्धता, उच्च स्थिरता और उच्च विश्वसनीयता वाले पेशेवर नेविगेशन परिदृश्यों के लिए प्रतिबद्ध हैं।यह विमान जैसे उच्च अंत उपकरणों के लिए कोर जड़ता सेंसर है, जहाजों, गहरे समुद्र के डिटेक्टरों और उच्च परिशुद्धता वाले जड़ता नेविगेशन सिस्टम, और उच्च अंत जड़ता संवेदन क्षेत्र में एक अपरिवर्तनीय प्रमुख भूमिका निभाता है।
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