ในสาขาการนำทางด้วยความเฉื่อย ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติก (FOG) และไจโรสโคประบบไมโครอิเล็กโทร-กลไก (MEMS) เป็นสองเทคโนโลยีหลัก เทคโนโลยีแรกครองตลาดระดับไฮเอนด์ด้วยความแม่นยำสูงพิเศษ ในขณะที่เทคโนโลยีหลังเจาะเข้าสู่สถานการณ์ในชีวิตประจำวันด้วยขนาดที่กะทัดรัดและต้นทุนต่ำ แทนที่จะเป็นสิ่งทดแทนซึ่งกันและกัน พวกมันก่อตัวเป็นรูปแบบเสริมซึ่งกันและกันโดยพิจารณาจากความแตกต่างในหลักการของพวกมัน สนับสนุนความต้องการในการรับรู้ความเฉื่อยร่วมกัน ตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคไปจนถึงการบินและอวกาศ
ความแตกต่างของหลักการ: ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างการรบกวนทางแสงและการรับรู้การสั่นสะเทือนขนาดเล็ก
ความแตกต่างหลักระหว่างไจโรสโคปทั้งสองมาจากหลักการทางกายภาพของพวกมัน FOG อิงตามเอฟเฟกต์ Sagnac: แหล่งกำเนิดแสงเดียวถูกแยกออกเป็นสองลำแสง ซึ่งแพร่กระจายตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกาตามขดลวดไฟเบอร์ออปติกที่มีระยะทางตั้งแต่หลายร้อยเมตรถึงหลายกิโลเมตร เมื่อตัวนำหมุน ความแตกต่างของเส้นทางแสงจะเกิดขึ้นระหว่างลำแสงทั้งสอง และสามารถคำนวณความเร็วเชิงมุมได้จากการเปลี่ยนแปลงของแถบการรบกวน ระบบทั้งหมดไม่มีชิ้นส่วนกลไกที่เคลื่อนที่และอาศัยการออกแบบทางแสงที่แม่นยำเป็นหลัก
ในทางกลับกัน ไจโรสโคป MEMS อาศัยเอฟเฟกต์ Coriolis โครงสร้างขนาดเล็ก เช่น ส้อมเสียงหรือวงแหวนเรโซแนนซ์ถูกกัดบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนและถูกขับเคลื่อนให้สั่นสะเทือนผ่านแรงไฟฟ้าสถิต การสั่นสะเทือนแบบตั้งฉากที่เกิดขึ้นระหว่างการหมุนสามารถแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าผ่านการเปลี่ยนแปลงความจุสำหรับการวัด การผลิตของมันเข้ากันได้กับกระบวนการวงจรรวม ทำให้สามารถรวมเข้ากับระดับชิปได้ ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการย่อขนาด
เกมประสิทธิภาพ: การประนีประนอมระหว่างความแม่นยำและความคุ้มค่า
การเปรียบเทียบพารามิเตอร์ประสิทธิภาพเน้นความแตกต่างในการวางตำแหน่งของพวกมัน ในแง่ของความแม่นยำ FOG มีข้อได้เปรียบที่สำคัญ: รุ่นระดับกลางถึงระดับสูงสามารถบรรลุเสถียรภาพของอคติได้น้อยกว่า 0.001°/ชม. รักษาการนำทางที่มีความแม่นยำสูงเป็นเวลานานโดยไม่มีสัญญาณดาวเทียม อย่างไรก็ตาม ไจโรสโคป MEMS โดยทั่วไปมีความแม่นยำตั้งแต่ 1°/ชม. ถึง 1000°/ชม. แม้ว่าผลิตภัณฑ์ระดับยุทธวิธีจะประสบความสำเร็จในการก้าวข้าม 0.05°/ชม. แต่ก็ได้รับผลกระทบอย่างมากจากอุณหภูมิและการสั่นสะเทือน และต้องมีการชดเชยอัลกอริทึม
MEMS นั้นเหนือกว่ามากในด้านความคุ้มค่า: ด้วยขนาดระดับมิลลิเมตร การใช้พลังงานระดับมิลลิวัตต์ และต้นทุนต่อหน่วยที่ต่ำเพียงไม่กี่ดอลลาร์สหรัฐ เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากในระดับ 100 ล้านหน่วย อย่างไรก็ตาม FOG ต้องใช้ไฟเบอร์ออปติกและส่วนประกอบทางแสงพิเศษ ส่งผลให้มีต้นทุนตั้งแต่หลายร้อยถึงหลายพันดอลลาร์สหรัฐ ปริมาณส่วนใหญ่ของมันอยู่ในระดับลูกบาศก์เซนติเมตร และการใช้พลังงานสูงถึง 100 มิลลิวัตต์ถึง 1 วัตต์ อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง โครงสร้างของแข็งทั้งหมดของ FOG ที่ไม่มีการสึกหรอทางกลไกมีความน่าเชื่อถือมากกว่าและทนทานต่อแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนได้ดีกว่า
การปรับตัวตามสถานการณ์: การแบ่งงานระหว่างความจำเป็นระดับไฮเอนด์และการเผยแพร่ในวงกว้าง
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับยานยนต์เป็นสาขาการใช้งานทั่วไปสำหรับ MEMS ในระบบ ESP ของรถยนต์สมัยใหม่ ไจโรสโคป MEMS ตรวจจับอัตราการหันเหของตัวถังรถแบบเรียลไทม์ เมื่อตรวจพบตัวนำร่องการลื่นไถล การแทรกแซงการเบรกจะเริ่มต้นทันทีเพื่อรักษาเสถียรภาพของรถ และได้กลายเป็นรูปแบบมาตรฐานในรุ่นระดับกลางถึงระดับสูง สถานการณ์ต่างๆ เช่น การหมุนหน้าจอมือถือและการบินโดรนก็อาศัยข้อได้เปรียบด้านต้นทุนเพื่อตระหนักถึงการใช้งาน
ในทางกลับกัน FOG ครอบงำสนามที่มีความแม่นยำสูง การนำทางเรือเดินสมุทรต้องเป็นอิสระจากสัญญาณดาวเทียมเป็นเวลานาน และความเสถียรสูงของ FOG ทำให้เป็นส่วนประกอบหลัก ในการบันทึกหลุมเจาะ ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและความดันสูงสามารถตรวจสอบวิถีการเจาะได้อย่างแม่นยำ FOG ระดับยุทธวิธีถูกนำไปใช้เพิ่มเติมในการนำวิถีขีปนาวุธ เพื่อให้มั่นใจถึงความแม่นยำในการยิงในสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อน
มีการทับซ้อนกันในตลาดระดับกลาง: สำหรับ UAV ทางทะเลกวางโจวระหว่างการลาดตระเวนในสายฝนและหมอก MEMS ระดับยุทธวิธีสามารถสร้างสมดุลระหว่างต้นทุนและความแม่นยำได้ หากจำเป็นต้องนำทางในระยะยาวโดยไม่มีสัญญาณดาวเทียม FOG ที่มีความแม่นยำต่ำจะน่าเชื่อถือกว่า การเลือกขึ้นอยู่กับลำดับความสำคัญ—MEMS สำหรับความไวต่อต้นทุนและ FOG สำหรับข้อกำหนดด้านความแม่นยำ
แนวโน้มในอนาคต: ความก้าวหน้าซึ่งกันและกันในการเสริมซึ่งกันและกัน
การทำซ้ำทางเทคโนโลยีกำลังเบลอขอบเขตระหว่างทั้งสอง: ความแม่นยำของ MEMS ยังคงดีขึ้นอย่างต่อเนื่องผ่านการปรับเปลี่ยนวัสดุและการเพิ่มประสิทธิภาพอัลกอริทึม อุปกรณ์ OCS ของ Google ได้นำส่วนประกอบไมโครมิเรอร์มาใช้ และคาดว่าปริมาณการจัดส่งจะสูงถึง 300,000 หน่วยภายในปี 2030 ในขณะเดียวกัน FOG กำลังสร้างความก้าวหน้าในการย่อขนาด โดยมีรุ่นระดับทหารที่ปรับให้เข้ากับอุปกรณ์พกพาแล้ว
ในระยะยาว ทั้งสองจะยังคงเสริมซึ่งกันและกัน: MEMS จะเจาะลึกเข้าไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง และสาขาอื่นๆ ตำแหน่งของ FOG ในสถานการณ์ระดับไฮเอนด์ เช่น การบินและอวกาศและการนำทางเชิงกลยุทธ์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ทิศทางการสร้างสรรค์นวัตกรรมในอนาคตอาจอยู่ที่การประยุกต์ใช้ทั้งสองร่วมกับการนำทางด้วยดาวเทียม เพื่อหาความสมดุลที่ดีกว่าระหว่างความแม่นยำและต้นทุน
ข้อความของคุณจะต้องอยู่ระหว่าง 20-3,000 ตัวอักษร!
