Qu'est-ce qu'un gyroscope à fibres optiques (FOG)? Comment fonctionne-t-il? STABLE INERTIAL SYSTEMS LTD est une société qui travaille avec les fibres optiques.

Le gyroscope à fibre optique (FOG) est un capteur inertiel à semi-conducteurs haut de gamme qui abandonne complètement les structures de rotor mécaniques traditionnelles et les architectures gyroscopiques MEMS vibrantes conventionnelles. Conçu et optimisé indépendamment par notre équipe technique, ce dispositif inertiel optique de précision de base adopte une technologie de détection de transmission par fibre optique pure pour capturer et mesurer avec précision la vitesse angulaire des porteurs en mouvement, offrant ainsi des performances inégalées pour des scénarios de navigation inertielle de haute fiabilité.

Différent des gyroscopes MEMS et des gyroscopes mécaniques traditionnels du marché, nos fonctionnalités FOG auto-développéeszéro pièce mécanique mobile, dérive à long terme ultra-faible, démarrage à froid instantané et stabilité environnementale extrême. Il comble efficacement le manque de précision des capteurs inertiels de qualité commerciale et répond aux exigences techniques strictes de l'aérospatiale, de l'exploration des fonds marins, de la navigation maritime et des mesures industrielles de haute précision que les dispositifs inertiels ordinaires ne peuvent pas prendre en charge.

Notre FOG dispose d'une plage de mesure dynamique ultra-large avec une flexibilité de détection exceptionnelle. Il peut capturer avec précision une rotation ultra-lente équivalente à la rotation de la Terre et répondre rapidement à la rotation dynamique à grande vitesse des avions, des véhicules sans pilote et des équipements marins. Prenant en charge un démarrage sans délai sans temps de préchauffage requis, nos gyroscopes à fibre optique fournissent une sortie stable instantanément après la mise sous tension, ce qui est essentiel pour les scénarios de mission à réponse rapide et de haute précision.

Basée sur la conception structurelle et le positionnement de l'application, notre série FOG est divisée enmono-axeettrois axesconfigurations. Le FOG à axe unique adopte une structure légère et compacte avec des procédures d'étalonnage simples et à faible coût, parfaitement adaptée à la stabilisation d'attitude dans une seule direction et aux systèmes de navigation de base pour les équipements industriels et sans pilote de milieu de gamme. Le FOG à trois axes intègre une conception de détection optique pleine dimension, réalisant un suivi d'attitude 3D complet et une précision de navigation ultra-élevée, servant des équipements de navigation haut de gamme à position complète tels que des avions pilotés, des UUV à longue endurance, des navires offshore et des plates-formes de détection en haute mer. Avec des performances globales supérieures, nos produits FOG sont largement déployés dans les domaines mondiaux de la mesure inertielle et de la navigation de haute précision.

Tous nos gyroscopes à fibre optique fonctionnent sur la base du classiqueEffet Sagnac, le principe physique fondamental de la détection inertielle optique, garantissant une mesure de rotation sans contact, de haute stabilité et sans dérive, sans interférence mécanique.

Le mécanisme de travail peut être illustré intuitivement par une analogie physique standardisée : deux faisceaux lumineux agissent comme des "coureurs à grande vitesse" précis, et la bobine de fibre optique de haute précision étroitement enroulée sert de piste de transmission optique circulaire fermée. Lorsque le gyroscope est dans un état statique, deux faisceaux lumineux identiques à faible cohérence émis par la source de lumière stable interne sont divisés et se propagent respectivement dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse le long de la boucle de fibre, revenant simultanément avec une différence de phase nulle.

Une fois le support tourné, le chemin de transmission optique effectif des deux faisceaux lumineux à propagation inverse change de manière synchrone. Un faisceau parcourt un chemin optique étendu tandis que l'autre parcourt un chemin raccourci, générant une différence de temps et un déphasage minuscules mais détectables. Strictement proportionnelle à la vitesse angulaire en temps réel du porteur, cette différence de phase est capturée, analysée et calculée par notre système d'algorithme de démodulation de signal auto-développé.

Il convient de souligner que le déphasage de Sagnac généré par notre FOG provient uniquement du changement du chemin optique effectif sous un mouvement de rotation, plutôt que de la variation de la vitesse de la lumière. Cet avantage physique essentiel élimine les erreurs de mesure fondamentales, conférant à notre série FOG une stabilité et une répétabilité de mesure à long terme ultra-élevées, dépassant de loin la limite de précision des capteurs inertiels conventionnels.

Notre FOG est un système optoélectronique hautement intégré composé de cinq composants principaux développés et calibrés en interne. Chaque conception structurelle et processus technologique est optimisé indépendamment par notre équipe R&D pour réaliser une coordination précise de la transmission du signal optique à la sortie du signal électrique, convertissant de minuscules changements de phase optique en données de vitesse angulaire de haute précision et de haute stabilité.

• Source de lumière stable et professionnelleÉquipé de sources lumineuses personnalisées à faible cohérence SLD/ASE, filtrées et calibrées indépendamment en interne, offrant une sortie optique ultra-stable et à faible bruit. Il supprime les interférences optiques parasites de la source, garantissant ainsi une précision de mesure constante à long terme et des performances anti-atténuation pour les missions de navigation de longue durée.
• Coupleur optique de haute précision et guide d'ondes à jonction en YAdoptant un coupleur de type X 2*2 auto-calibré et des composants de guide d'onde Y de haute stabilité, permettant une répartition égale de la lumière et une combinaison efficace de la lumière. Il intègre des fonctions de contrôle de polarisation précis et de modulation de phase linéaire, fournissant une base optique fiable pour la détection à haute sensibilité de l'effet Sagnac.
• Bobine de fibre enroulée de haute qualité (unité de détection de base)Le composant de détection central adopte une fibre optique spéciale à très faible perte avec une technologie d'enroulement dense multicouche optimisée indépendamment par notre équipe. Une longueur de fibre et des tours de bobine raisonnables amplifient considérablement les subtiles différences de phase Sagnac, améliorant considérablement la résolution du capteur et la sensibilité de détection. Notre processus d'enroulement exclusif et notre conception structurelle fixe résistent efficacement aux vibrations externes et à la déformation thermique, évitant ainsi l'atténuation des performances de détection.
• Photodétecteur haute sensibilitéLes composants de détection photoélectriques personnalisés capturent de minuscules changements d'intensité lumineuse d'interférence, convertissant de subtiles différences de phase optique en signaux électriques originaux faibles avec un rapport signal/bruit ultra-élevé, fournissant des données brutes pures et efficaces pour une résolution ultérieure d'algorithmes.
• Système de circuit de traitement du signal auto-développéNos circuits exclusifs de démodulation adaptative, de filtrage du bruit et de compensation de température réalisent l'amplification, l'étalonnage et la compensation d'erreur des signaux électriques d'origine. Il élimine les interférences sonores environnementales en temps réel et génère enfin des données de vitesse angulaire et d'attitude stables, de haute précision et disponibles.

Par rapport aux gyroscopes mécaniques traditionnels et aux gyroscopes MEMS commerciaux, notre série FOG développée indépendamment possède des atouts essentiels irremplaçables dans les domaines de la navigation inertielle haut de gamme :

1. Solide et zéro usure: Pas de pièces mécaniques rotatives ni de structures vibrantes, aucune usure mécanique ni perte de fatigue, prolongeant considérablement la durée de vie et réduisant les coûts de post-maintenance.
2. Dérive à long terme ultra-faible: Grâce à l'étalonnage sur toute la plage de température et aux algorithmes de compensation d'erreur auto-adaptatifs, il maintient une dérive extrêmement faible pendant un fonctionnement continu de longue durée, résolvant ainsi le problème principal des erreurs cumulatives des capteurs inertiels conventionnels.
3. Démarrage instantané et réponse rapide: Aucun préchauffage requis, obtenant une sortie de navigation en temps réel après la mise sous tension, s'adaptant pleinement aux scénarios de mission à réponse rapide.
4. Adaptabilité environnementale extrême: Excellente résistance aux vibrations, résistance aux chocs et stabilité à grande température, permettant un fonctionnement stable à long terme dans des environnements difficiles tels que la haute altitude, les eaux profondes, l'humidité élevée et les fortes vibrations.

Limité par des dispositifs optiques de haute précision et des processus de bobines de fibres ultra longues, notre FOG offre une précision et une fiabilité supérieures, mais son volume est relativement plus important, son coût de fabrication plus élevé et sa consommation d'énergie légèrement supérieure à celle des capteurs MEMS miniatures grand public. Par conséquent, il n’est pas applicable aux dispositifs civils portables ultra-miniatures et à très faible consommation, formant un positionnement de produit différencié avec des capteurs inertiels MEMS.

Sur le marché mondial de la navigation inertielle,nos séries FOG et SI-MIMU MEMS forment une matrice de produits complète avec un positionnement différencié et des performances complémentaires. Nos IMU SI-MIMU MEMS auto-développées se concentrent sur la miniaturisation, les scénarios civils à faible coût et de masse tels que les drones commerciaux, les robots industriels et les véhicules autonomes à basse vitesse. En revanche, nos gyroscopes à fibre optique ciblent des scénarios de précision haut de gamme, couvrant les équipements aérospatiaux, les navires, les systèmes de détection en haute mer et les systèmes de navigation inertielle d'arpentage et de cartographie de haute précision.

En tant que capteur inertiel haut de gamme développé indépendamment par notre équipe, notre série FOG brise le monopole technique à l'étranger, réalise une contrôlabilité nationale complète et indépendante de la technologie inertielle optique de base et fournit des solutions de navigation inertielle fiables, de haute précision et rentables pour les équipements intelligents haut de gamme mondiaux et les industries aérospatiales marines.