3.1 Fonte luminosa

A fonte de luz é o ponto de partida do sinal óptico no giroscópio de fibra óptica. Sua função principal é produzir luz estável e enviá-la para o sistema.como fonte de luz SLD ou ASE.

Figura 3.3 Fonte de luz FOG

A luz emitida pela fonte entra primeiro no acoplador, que divide uniformemente a luz em dois feixes e os guia separadamente em caminhos ópticos subsequentes (fibra óptica).A luz originalmente de via única é destinada a propagar-se no sentido dos ponteiros do relógio e no sentido anti-relógio, estabelecendo as bases para a posterior utilização do efeito Sagnac.

3.2 Acoplador

Um acoplador de fibra óptica é um componente de fibra óptica projetado para redistribuir sinais ópticos.e acopladores ópticosEste componente pode distribuir sinais de uma única fibra para várias fibras ou combinar sinais de várias fibras em uma única fibra.

(1) X-Tacoplador ype

Figura 3.4 Acoplador de fibra óptica

O acoplador X integra as funções de um divisor e de um combinador num único pacote.Depois transmite separadamente para duas fibras de saídaTambém conhecido como um acoplador 2x2.

Figura 3.5 Acoplador do tipo X (2x2)

(2) Guia de ondas em Y

Um guia de onda de junção Y é um tipo de acoplador em forma de Y com uma configuração distintiva em Y.

A luz da fonte é incidente no guia de onda Y e dividida em dois feixes pelo guia de onda Y-branco.respectivamenteApós completar um ciclo completo dentro da bobina de fibra, os feixes são recombinados em um único feixe pelo guia de ondas de ramo Y e finalmente chegam ao fotodetector.

Além das funções de divisão e combinação de luz, o guia de onda Y também pode realizar as funções de polarização e despolarização, modulação de fase e assim por diante.

Figura 3.6 Dispositivo óptico multifuncional integrado de óxido de lítio bismuto (guia de onda Y)

3.3 Anel de fibra óptica

Depois de entrar no acoplador 2×2, a luz viaja através de um guia de ondas Y para o loop de fibra óptica.Quando a luz se propaga no sentido horário e contra-horário simultaneamente dentro do loop, a rotação da fibra cria uma ligeira diferença de tempo entre os dois feixes, resultando numa diferença de fase.forma o mecanismo central pelo qual os giroscópios de fibra detectam informações de rotação.

Para detectar pequenas rotações, as fibras ópticas requerem comprimentos de centenas ou mesmo milhares de metros.O efeito Sagnac revela que a sensibilidade é diretamente proporcional à área cercada pelo caminho ópticoAo enrolar a fibra flexível várias vezes, podemos manter a mesma área efetiva enquanto reduzimos significativamente as suas dimensões físicas.

Figura 3.7 Anel de fibra óptica

Nos giroscópios de fibra óptica, as fibras ópticas são tipicamente enroladas em dezenas, centenas ou até mais voltas.Isso ocorre porque a diferença de fase gerada pelo efeito Sagnac depende da área efetiva fechada pelo caminho ópticoAumentando o número de voltas de enrolamento, a distância de propagação da luz pode ser significativamente alargada num volume limitado,amplificando assim as diferenças de tempo e fase causadas pela rotação.

O princípio pode ser simplesmente entendido como: quanto mais tempo a luz viaja através do circuito de fibra, mais pronunciado se torna o efeito de rotação.Isso explica por que giroscópios de fibra de alta precisão normalmente possuem circuitos de fibra mais longosA qualidade de enrolamento do circuito de fibra afeta diretamente a precisão de medição do giroscópio de fibra,que requerem equipamento de enrolamento especializado de alta precisãoOs giroscópios de fibra não dependem apenas de princípios físicos sofisticados, mas também exigem processos de fabrico extremamente rigorosos.

Figura 3.8 Sistema de circuito de fibra óptica

3.4 Detector fotoelétrico

Nos giroscópios de fibra óptica, o fotodetector é posicionado no final do sistema óptico.Sua função principal é receber sinais de luz refletidos pelo circuito de fibra e convertê-los em sinais elétricosComo um dispositivo baseado no efeito fotoelétrico, o fotodetector transforma sinais ópticos em sinais elétricos.permite a detecção de sinais fracos visíveis e invisíveis.

A interferência óptica ocorre quando dois feixes de luz que se propagam no sentido horário e no sentido anti-horário convergem novamente dentro de um sistema.causando a intensidade da luz de interferência a flutuarOs detectores fotoelétricos utilizam este fenômeno para converter pequenas variações de intensidade em sinais elétricos.Estes detectores devem ter uma elevada sensibilidade para garantir que os circuitos subsequentes possam capturar com precisão as informações relacionadas com a rotação..

Figura 3.9 Detector fotoelétrico

3.5 Circuito de processamento de sinal

O sinal eléctrico emitido pelo detector fotoelétrico é extremamente fraco e não pode ser utilizado directamente.Uma série de etapas de processamento de sinal são necessárias para obter a medição final da velocidade angular de rotaçãoTodo o processo pode ser simplesmente dividido nas seguintes etapas:

Ø Pré-amplificação: Aumenta os sinais eléctricos extremamente fracos para um nível adequado para o processamento estável por circuitos subsequentes.

Ø Conversão e demodulação do sinal: o sinal eléctrico amplificado é convertido num sinal processável por computador ou circuito digital.e a informação relativa à diferença de fase óptica é extraída dela.

Ø Controle e saída: o controlador calcula o valor correspondente à velocidade angular de rotação com base nos resultados da demodulação,e fornece o resultado para o sistema externo através da interface de saída.

Figura 3.10: Circuito de Processamento de Sinais FOG (Circuito Superior no Diagrama)

IV. Resumo

A característica definidora dos giroscópios de fibra óptica é o uso de luz em vez de estruturas mecânicas para medir a rotação, o que lhes confere vantagens distintas em métricas críticas de desempenho:

Ø Alta precisão: o sistema mede a rotação utilizando princípios ópticos, eliminando a dependência de vibrações mecânicas para uma maior precisão.

Ø Desempenho estável: a ausência de componentes mecânicos de alta velocidade no interior garante uma deriva mínima durante uma operação prolongada.

Ø Excelente resistência a vibrações e impactos: mantém um desempenho de medição fiável mesmo em ambientes vibratórios, como aeronaves e navios.

Ø Alta fiabilidade e longa vida útil: as fibras ópticas e os componentes apresentam um desgaste mínimo, tornando-os ideais para uma operação contínua a longo prazo.

Apesar de seu desempenho superior, os giroscópios de fibra óptica não são universalmente aplicáveis.

O tamanho e o peso volumosos: a necessidade de enrolar fibras ópticas longas torna a miniaturização um desafio.

Ø Altos custos: as despesas aumentam devido a materiais de fibra, componentes ópticos e processos de fabrico de precisão.

Ø Consumo de energia elevado: Não ideal para micro-dispositivos a bateria.

Os giroscópios de fibra óptica não são destinados a substituir todos os giroscópios, mas sim desempenhar um papel fundamental em campos que exigem alta precisão, confiabilidade e adaptabilidade ambiental.Ao contrário dos giroscópios convencionais MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), funcionam mais como um "corredor profissional de longa distância" ¢ priorizando a estabilidade e a precisão em detrimento da miniaturização extrema e da rentabilidade, mantendo silenciosamente a orientação na indústria aeroespacial,aplicações de equipamento de alta qualidade.

Da próxima vez que embarcarem num avião ou imaginarem uma sonda de águas profundas a navegar autonomamente, lembrem-se que um feixe de luz pode estar a correr através de um delicado circuito de fibra óptica,Usando a sua sutil diferença de tempo para guiar o nosso caminho.

- Não.