1. Przegląd
W odróżnieniu od tradycyjnych żyroskopów mechanicznych z obracającymi się wirnikami i zwykłych wibrujących żyroskopów MEMS,
Żyroskop światłowodowy (FOG)jest czujnikiem inercyjnym o wysokiej precyzji bez ruchomych części mechanicznych.Wykorzystuje optyczne właściwości transmisji zwiniętych włókien optycznych do dokładnego pomiaru prędkości kątowej obracających się obiektówZ wyjątkowymi zaletami ultra wysokiej precyzji, doskonałej stabilności i natychmiastowego uruchamiania, FOG wypełnia lukę w zapotrzebowaniu na wysokiej klasy nawigację inercyjną, której zwykłe czujniki nie mogą zaspokoić.
FOG ma niezwykle szeroki zakres pomiarów dynamicznych.i również szybko reagować na szybkie obroty samolotów i obracających się maszynWspiera uruchomienie bez opóźnień i działa stabilnie bez czasu rozgrzewki wymaganego przez żyroskopy mechaniczne, co jest kluczowe dla wysokiej precyzji i szybkiej reakcji scenariuszy przemysłowych i lotniczych.
Zgodnie z konfiguracją konstrukcyjną FOG dzieli się na jednosiowe i trzyosiowe rodzaje.odpowiedni do podstawowych jedno- kierunkowych systemów stabilizacji nastawienia. Trójosiowy FOG może wykonywać pełne trzywymiarowe śledzenie nastawienia z większą dokładnością, ale jest większy pod względem wielkości, wyższy pod względem kosztów i bardziej skomplikowany do kalibracji,i jest szeroko stosowany w samolotach, pojazdów bezzałogowych, statków i innych zaawansowanych urządzeń nawigacyjnych w pełnej pozycji.systemy wykrywania podwodnego i wysokoprecyzyjnego pomiaru inercji.
2Podstawowa zasada działania: Efekt Sagnaca
Cały mechanizm pracy żyroskopów światłowodowych opiera się na klasycznym efekcie Sagnaca, który można zrozumieć poprzez prostą i intuicyjną analogię.Wyobraź sobie, że dwaj biegacze zaczynają z tego samego punktu na okrągłym torzeJeśli cały tor obraca się w tym samym czasie, biegacz poruszający się w tym samym kierunku, w którym obraca się tor, musi pokonać dłuższą odległość,podczas gdy przeciwnik biega krótszą odległość, co powoduje niewielką różnicę w czasie ich przyjazdu.
FOG działa dokładnie w tej samej logice z światłem jako "biegaczem" i zwiniętym światłem optycznym jako "kołowym torem".który jest podzielony na dwie identyczne belki. Dwie wiązki podróżują odpowiednio w kierunku wskazówek zegara i w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara wzdłuż pętli włóknistej.
Kiedy urządzenie się obraca, ścieżka przesyłu zmienia się subtelnie.tworząc niewielką różnicę czasu i różnicę fazowąTa różnica fazowa jest ściśle proporcjonalna do prędkości kątowej obrotu.system może dokładnie rozwiązać prędkość obrotu nośnika w czasie rzeczywistymWarto zauważyć, że efekt ten pochodzi raczej od zmiany skutecznej ścieżki optycznej podczas obrotu niż od zmiany prędkości światła.zapewnienie bardzo wysokiej stabilności i dokładności pomiarów.
3Podstawowy skład FOG
Żyroskop światłowodowy to kompletny optoelektroniczny system zintegrowany, składający się ze źródła światła, sprzęgła optycznego, cewki światłowodowej, fotodetektora i obwodu przetwarzania sygnału.Wszystkie elementy współpracują precyzyjnie w celu przekształcenia drobnych zmian fazy optycznej w czytelne i dokładne sygnały elektryczne z prędkością kątową.
Źródło światła: Zapewnia stabilne światło o niskiej spójności (takie jak źródła światła SLD i ASE) dla całego systemu.Stabilna moc świetlna jest podstawową gwarancją tłumienia hałasu optycznego i zapewnienia długoterminowej dokładności pomiarów FOG.
Połączenie optyczne i przewodnik fal z połączeniem Y: Jako główny element optycznego podziału i łączenia, 2×2 łącznik typu X i przewodnik fal Y rozdzielają pojedynczą wiązkę światła na dwie wiązki odwrotnie rozprzestrzeniające się i rekombinują zwrócone światło.W międzyczasie, realizuje kontrolę polaryzacji i modulację fazy, tworząc podstawy wykrywania efektu Sagnaca.
Węzeł włókiennyJest to podstawowa jednostka czujnika FOG, wykonana z ultra-długiego włókna optycznego ściśle zwiniętego w kilku skrętach.skutecznie zwiększa wrażliwość i precyzję czujnikówProces uzwojenia i stabilność strukturalna cewki włóknistej bezpośrednio określają ogólną wydajność żyroskopu.
FotodetektorDziała jako odbiornik sygnału optycznego systemu, wychwytuje zakłócające wiązki światła z różnicami fazowymi, przekształca subtelne zmiany natężenia światła w słabe sygnały elektryczne,i dostarcza oryginalnych danych do późniejszego rozwiązywania algorytmu.
Obwód przetwarzania sygnałów: Wzmacnia, demoduluje i kalibruje słabe pierwotne sygnały elektryczne, filtruje zakłócenia hałasu, a wreszcie oblicza i wydaje dokładne, stabilne i użyteczne dane prędkości kątowej.
4Zalety, ograniczenia i pozycjonowanie aplikacji
W porównaniu z żyroskopami mechanicznymi i MEMS, żyroskopy z włókna optycznego mają wyjątkową moc.bardzo niskie długotrwałe poruszanie się i doskonała stabilność pracyMają silną odporność na drgania i wstrząsy, natychmiastowe uruchomienie bez opóźnień i bardzo wysoką dokładność pomiaru.które mogą dostosowywać się do długotrwałej ciągłej pracy w trudnych warunkach, takich jak lotnictwo, scenariusze morskich i głębinowych.
Tymczasem FOG ma również oczywiste ograniczenia zastosowań. Wymaga ultradługiego światłowodu i precyzyjnych urządzeń optycznych, co powoduje większą objętość i wagę,wyższe koszty produkcji i stosunkowo wyższe zużycie energiiDlatego nie można go zminiaturyzować i rozpowszechniać jak w przypadku żyroskopów MEMS klasy konsumenckiej i nie nadaje się do niewielkich przenośnych urządzeń zasilanych bateriami.
Na rynku nawigacji przemysłowej i inercjalnej FOG nie zastępuje żyroskopów MEMS, ale tworzy doskonały komplementarny związek.niskie koszty i masowe zastosowania cywilne, podczas gdy żyroskopy światłowodowe są przeznaczone do wysokiej precyzji, wysokiej stabilności i wysokiej niezawodności scenariuszy nawigacji zawodowej.To główny czujnik inercji dla urządzeń wysokiej klasy, takich jak samoloty., statków, detektorów głębinowych i wysokiej precyzji systemów nawigacji inercjalnej i odgrywa kluczową rolę w zaawansowanym polu czuwania inercjalnego.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!
