1. Обзор
В отличие от традиционных механических гироскопов с вращающимися роторами и обычных вибрирующих гироскопов MEMS,
Гироскоп из оптических волокон (FOG)Это высокоточный инерциальный датчик без движущихся механических частей.Он использует характеристики оптической передачи катушек оптических волокон для точного измерения угловой скорости вращающихся объектовС уникальными преимуществами сверхвысокой точности, отличной стабильности и мгновенного запуска, FOG заполняет разрыв в спросе высокопроизводительной инерциальной навигации, который обычные датчики не могут удовлетворить.
У FOG чрезвычайно широкий диапазон динамических измерений. Он может улавливать чрезвычайно медленное вращение так же тонко, как вращение Земли,и также быстро реагировать на высокоскоростное вращение самолетов и вращающихся машинОн поддерживает нулевое задержка запуска и работает стабильно без времени нагрева, требуемого механическими гироскопами, что имеет решающее значение для высокой точности и быстрого реагирования на промышленные и аэрокосмические сценарии..
В зависимости от конструкционной конфигурации FOG подразделяется на одноосевые и трехосевые типы.подходящий для базовых однонаправленных систем стабилизации положенияТрехосный FOG может реализовать полное трехмерное отслеживание положения с более высокой общей точностью, но он больше по размеру, дороже и сложнее для калибровки,и широко используется в самолетах, беспилотные транспортные средства, суда и другое высококлассное навигационное оборудование полного положения.системы подводного обнаружения и высокоточных инерционных измерений.
2Основной принцип работы: эффект Сагнака
Весь механизм работы волоконно-оптических гироскопов основан на классическом эффекте Сагнака, который можно понять через простую и интуитивную аналогию.Представьте, что два бегуна начинают бег с одной и той же точки на круговой трассе.Если в то же время вся трасса вращается, бегуну, движущемуся в том же направлении, что и вращение трассы, нужно преодолеть большее расстояние.в то время как противоположный бегун проходит меньшее расстояние, что приводит к небольшой разнице во времени их прибытия.
ФОГ работает точно так же, как и "бегущий" свет, а "круговое" - изогнутые оптические волокна.который разделен на две одинаковые балкиКогда гироскоп статичен, два луча возвращаются одновременно без разницы фаз.
Как только устройство вращается, путь оптической передачи изменяется незаметно.образуя крошечную разницу во времени и разницу фазЭта разница фаз строго пропорциональна угловой скорости вращения.Система может точно решить скорость вращения носителя в реальном времениСтоит отметить, что этот эффект происходит от изменения эффективного оптического пути при вращении, а не от изменения скорости света.обеспечение сверхвысокой стабильности и точности измерений.
3Основной состав ПОГ
Гироскоп из оптических волокон представляет собой полную оптоэлектронную интегрированную систему, состоящую из источника света, оптического соединителя, катушки из оптических волокон, фотодетектора и схемы обработки сигнала.Все компоненты работают вместе, чтобы преобразовать крошечные оптические изменения фаз в четкие и точные электрические сигналы угловой скорости..
Источник света: обеспечивает стабильный низкококогерентный свет (например, источники света SLD и ASE) для всей системы.Устойчивая световая мощность является основной гарантией подавления оптического шума и обеспечения долгосрочной точности измерений FOG.
Оптический соединитель и волновод Y-соединения: В качестве основного оптического компонента для разделения и соединения, 2×2 X-тип соединитель и Y-волновод разделяют один пучок света на два обратных распространяющихся пучков и рекомбинируют возвращенный свет.А пока..., он реализует управление поляризацией и модуляцию фаз, заложив основу для обнаружения эффекта Сагнак.
Кольца из волокнаЭто основной детектор FOG, изготовленный из сверхдлинных оптических волокон, плотно свернутых в несколько поворотов.эффективное повышение чувствительности и точности датчиковПроцесс обмотки и структурная стабильность волоконной катушки напрямую определяют общую производительность гироскопа.
Фотодетектор: он действует как приемник оптического сигнала системы. он улавливает интерферентные световые пучки с фазовыми различиями, преобразует тонкие изменения интенсивности света в слабые электрические сигналы,и предоставляет оригинальные данные для последующего решения алгоритма.
Схема обработки сигнала: Усиливает, демодулирует и калибрирует слабые исходные электрические сигналы, фильтрует помехи шума и, наконец, рассчитывает и выводит точные, стабильные и полезные данные о угловой скорости.
4Преимущества, ограничения и позиционирование приложения
По сравнению с механическими гироскопами и гироскопами MEMS, гироскопы из оптических волокон имеют уникальные сильные стороны.чрезвычайно низкий длительный дрейф и отличная рабочая стабильностьОни отличаются сильной вибрацией и устойчивостью к ударам, мгновенным запуском без задержек, и сверхвысокой точностью измерений.которые могут адаптироваться к длительной непрерывной работе в суровой среде, такой как авиация, морских и глубоководных сценариев.
Между тем, у FOG также есть очевидные ограничения применения.более высокие издержки производства и относительно более высокое потребление энергииПоэтому его нельзя миниатюризировать и популяризировать, как гироскопы MEMS потребительского класса, и он не подходит для крошечных портативных устройств, работающих на батареях.
На рынке промышленной и инерциальной навигации FOG не заменяет гироскопы MEMS, но формирует идеальное взаимодополняющее отношение.низкая стоимость и массовое гражданское применение, в то время как волоконно-оптические гироскопы предназначены для высокоточности, высокой стабильности и высокой надежности профессиональных навигационных сценариев.Это инерциальный датчик для высококачественного оборудования, такого как самолеты., кораблей, глубоководных детекторов и высокоточных инерциальных навигационных систем, и играет незаменимую ключевую роль в области высокотехнологичного инерциального зондирования.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
