Τι είναι το γυροσκόπιο οπτικών ινών (FOG); Πώς λειτουργεί; | STABLE INERTIAL SYSTEMS LTD.

Το Γυροσκόπιο Οπτικής Ίνας (FOG) είναι ένας προηγμένος αισθητήρας αδράνειας στερεάς κατάστασης που εγκαταλείπει πλήρως τις παραδοσιακές μηχανικές δομές ρότορα και τις συμβατικές αρχιτεκτονικές γυροσκοπίων MEMS δόνησης. Ανεξάρτητα σχεδιασμένη και βελτιστοποιημένη από την τεχνική μας ομάδα, αυτή η βασική συσκευή ακριβείας οπτικής αδράνειας υιοθετεί τεχνολογία ανίχνευσης μετάδοσης καθαρά οπτικής ίνας για να καταγράφει και να μετρά με ακρίβεια τη γωνιακή ταχύτητα κινούμενων φορέων, προσφέροντας απαράμιλλη απόδοση για σενάρια πλοήγησης αδράνειας υψηλής αξιοπιστίας.

Διαφορετικό από τα κυρίαρχα γυροσκόπια MEMS και τα μηχανικά γυροσκόπια της αγοράς, το αυτο-αναπτυγμένο FOG μας διαθέτει μηδενικά κινούμενα μηχανικά μέρη, εξαιρετικά χαμηλή μακροπρόθεσμη μετατόπιση, στιγμιαία ψυχρή εκκίνηση και ακραία περιβαλλοντική σταθερότητα. Συμπληρώνει αποτελεσματικά το κενό ακριβείας των αισθητήρων αδράνειας εμπορικής ποιότητας και πληροί τις αυστηρές τεχνικές απαιτήσεις της αεροδιαστημικής, της εξερεύνησης βαθέων υδάτων, της ναυτικής πλοήγησης και της βιομηχανικής μέτρησης υψηλής ακρίβειας που οι συνηθισμένες συσκευές αδράνειας δεν μπορούν να υποστηρίξουν.

Το FOG μας διαθέτει ένα εξαιρετικά ευρύ δυναμικό εύρος μέτρησης με εξαιρετική ευελιξία ανίχνευσης. Μπορεί να καταγράψει με ακρίβεια εξαιρετικά αργές περιστροφές ισοδύναμες με την περιστροφή της Γης και να ανταποκριθεί γρήγορα σε περιστροφές υψηλής ταχύτητας αεροσκαφών, μη επανδρωμένων οχημάτων και θαλάμενου εξοπλισμού. Υποστηρίζοντας εκκίνηση μηδενικής καθυστέρησης χωρίς χρόνο προθέρμανσης, τα γυροσκόπια οπτικής ίνας μας παρέχουν σταθερή έξοδο αμέσως μετά την ενεργοποίηση, κάτι που είναι κρίσιμο για σενάρια αποστολών ταχείας απόκρισης και υψηλής ακρίβειας.

Βάσει του δομικού σχεδιασμού και της τοποθέτησης εφαρμογής, η σειρά FOG μας χωρίζεται σε μονοαξονικές και τριών αξόνων διαμορφώσεις. Το μονοαξονικό FOG υιοθετεί μια συμπαγή ελαφριά δομή με χαμηλό κόστος και απλές διαδικασίες βαθμονόμησης, ταιριάζοντας απόλυτα με συστήματα σταθεροποίησης στάσης μονής κατεύθυνσης και βασικής πλοήγησης για βιομηχανικό και μη επανδρωμένο εξοπλισμό μεσαίας κατηγορίας. Το τριών αξόνων FOG ενσωματώνει σχεδιασμό οπτικής ανίχνευσης πλήρους διάστασης, πραγματοποιώντας πλήρη παρακολούθηση στάσης 3D και εξαιρετικά υψηλή συνολική ακρίβεια πλοήγησης, εξυπηρετώντας εξοπλισμό πλοήγησης πλήρους θέσης υψηλής τεχνολογίας, όπως επανδρωμένα αεροσκάφη, UUVs μεγάλης αντοχής, πλοία ανοιχτής θαλάσσης και πλατφόρμες ανίχνευσης βαθέων υδάτων. Με ανώτερη συνολική απόδοση, τα προϊόντα FOG μας αναπτύσσονται ευρέως σε παγκόσμια πεδία μέτρησης και πλοήγησης αδράνειας υψηλής ακρίβειας.

Όλα τα γυροσκόπια οπτικής ίνας μας λειτουργούν βάσει του κλασικού φαινόμενου Sagnac, της θεμελιώδους φυσικής αρχής της οπτικής ανίχνευσης αδράνειας, διασφαλίζοντας μέτρηση περιστροφής χωρίς επαφή, υψηλής σταθερότητας και καταστολής μετατόπισης, χωρίς μηχανική παρεμβολή.

Ο μηχανισμός λειτουργίας μπορεί να απεικονιστεί διαισθητικά με μια τυποποιημένη φυσική αναλογία: δύο δέσμες φωτός λειτουργούν ως ακριβείς "δρομείς υψηλής ταχύτητας" και το σφιχτά τυλιγμένο πηνίο οπτικής ίνας υψηλής ακρίβειας χρησιμεύει ως κλειστή κυκλική διαδρομή μετάδοσης φωτός. Όταν το γυροσκόπιο βρίσκεται σε στατική κατάσταση, δύο πανομοιότυπες δέσμες φωτός χαμηλής συνοχής που εκπέμπονται από την εσωτερική σταθερή πηγή φωτός χωρίζονται και διαδίδονται δεξιόστροφα και αριστερόστροφα κατά μήκος του βρόχου ίνας αντίστοιχα, επιστρέφοντας ταυτόχρονα με μηδενική διαφορά φάσης.

Μόλις περιστραφεί ο φορέας, η ενεργή διαδρομή μετάδοσης φωτός των δύο αντίθετα διαδιδόμενων δεσμών φωτός αλλάζει σύγχρονα. Η μία δέσμη διανύει μια εκτεταμένη οπτική διαδρομή ενώ η άλλη διανύει μια συντομευμένη διαδρομή, δημιουργώντας μια μικρή αλλά ανιχνεύσιμη χρονική διαφορά και μετατόπιση φάσης. Αυτή η διαφορά φάσης, αυστηρά ανάλογη με την πραγματική γωνιακή ταχύτητα του φορέα, καταγράφεται, αναλύεται και υπολογίζεται από το αυτο-αναπτυγμένο σύστημα αλγορίθμου αποδιαμόρφωσης σήματος.

Αξίζει να τονιστεί ότι η μετατόπιση φάσης Sagnac που παράγεται από το FOG μας προέρχεται καθαρά από την αλλαγή της ενεργής οπτικής διαδρομής υπό κίνηση περιστροφής, αντί από τη μεταβολή της ταχύτητας του φωτός. Αυτό το βασικό φυσικό πλεονέκτημα εξαλείφει θεμελιώδη σφάλματα μέτρησης, προσδίδοντας στη σειρά FOG μας εξαιρετικά υψηλή μακροπρόθεσμη σταθερότητα και επαναληψιμότητα μέτρησης, ξεπερνώντας κατά πολύ το όριο ακρίβειας των συμβατικών αισθητήρων αδράνειας.

Το FOG μας είναι ένα άκρως ολοκληρωμένο οπτοηλεκτρονικό σύστημα που αποτελείται από πέντε βασικά εσωτερικά αναπτυγμένα και βαθμονομημένα εξαρτήματα. Κάθε δομικός σχεδιασμός και τεχνολογική διαδικασία βελτιστοποιείται ανεξάρτητα από την ομάδα Έρευνας & Ανάπτυξης μας για να επιτευχθεί ακριβής συντονισμός από τη μετάδοση οπτικού σήματος έως την έξοδο ηλεκτρικού σήματος, μετατρέποντας μικρές αλλαγές οπτικής φάσης σε δεδομένα γωνιακής ταχύτητας υψηλής ακρίβειας και υψηλής σταθερότητας.

• Επαγγελματική Σταθερή Πηγή Φωτός Εξοπλισμένο με προσαρμοσμένες πηγές φωτός χαμηλής συνοχής SLD/ASE που επιλέγονται και βαθμονομούνται ανεξάρτητα εσωτερικά, παρέχοντας εξαιρετικά σταθερή και χαμηλού θορύβου οπτική έξοδο. Καταστέλλει την οπτική παρεμβολή από την πηγή, διασφαλίζοντας μακροπρόθεσμη συνεπή ακρίβεια μέτρησης και απόδοση κατά της εξασθένησης για αποστολές πλοήγησης μεγάλης διάρκειας.
• Οπτικός Συζεύκτης Υψηλής Ακρίβειας & Κυματοδηγός Υ-διακλάδωσης Υιοθετώντας αυτο-βαθμονομημένο συζεύκτη τύπου Χ 2*2 και εξαρτήματα κυματοδηγού Υ υψηλής σταθερότητας, επιτυγχάνοντας διαχωρισμό φωτός ίσων δεσμών και αποτελεσματική συνένωση φωτός. Ενσωματώνει ακριβή έλεγχο πόλωσης και λειτουργίες γραμμικής διαμόρφωσης φάσης, παρέχοντας μια αξιόπιστη οπτική βάση για ανίχνευση φαινομένου Sagnac υψηλής ευαισθησίας.
• Πηνίο Ίνας Υψηλής Βαθμίδας Τυλιγμένο (Βασική Μονάδα Ανίχνευσης) Το βασικό εξάρτημα ανίχνευσης υιοθετεί ειδική οπτική ίνα εξαιρετικά χαμηλής απώλειας με τεχνολογία πυκνής περιέλιξης πολλαπλών στρώσεων που βελτιστοποιείται ανεξάρτητα από την ομάδα μας. Το λογικό μήκος ίνας και οι στροφές του πηνίου ενισχύουν σημαντικά τις ανεπαίσθητες διαφορές φάσης Sagnac, βελτιώνοντας σημαντικά την ανάλυση του αισθητήρα και την ευαισθησία ανίχνευσης. Η αποκλειστική μας διαδικασία περιέλιξης και ο σταθερός δομικός σχεδιασμός αντιστέκονται αποτελεσματικά σε εξωτερικούς κραδασμούς και θερμικές παραμορφώσεις, αποφεύγοντας την εξασθένηση της απόδοσης ανίχνευσης.
• Φωτοανιχνευτής Υψηλής Ευαισθησίας Προσαρμοσμένα φωτοηλεκτρικά εξαρτήματα ανίχνευσης καταγράφουν ανεπαίσθητες αλλαγές στην ένταση της συμβολής, μετατρέποντας ανεπαίσθητες διαφορές οπτικής φάσης σε ασθενή αρχικά ηλεκτρικά σήματα με εξαιρετικά υψηλό λόγο σήματος προς θόρυβο, παρέχοντας καθαρά και αποτελεσματικά ακατέργαστα δεδομένα για την επακόλουθη επίλυση αλγορίθμων.
• Αυτο-αναπτυγμένο Σύστημα Κυκλώματος Επεξεργασίας Σήματος Τα αποκλειστικά μας κυκλώματα προσαρμοστικής αποδιαμόρφωσης, φιλτραρίσματος θορύβου και αντιστάθμισης θερμοκρασίας πραγματοποιούν ενίσχυση, βαθμονόμηση και αντιστάθμιση σφαλμάτων των αρχικών ηλεκτρικών σημάτων. Εξαλείφει παρεμβολές περιβαλλοντικού θορύβου σε πραγματικό χρόνο και τελικά εξάγει σταθερά, υψηλής ακρίβειας και διαθέσιμα δεδομένα γωνιακής ταχύτητας και στάσης.

Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά μηχανικά γυροσκόπια και τα εμπορικά γυροσκόπια MEMS, η ανεξάρτητα αναπτυγμένη σειρά FOG μας έχει αναντικατάστατα βασικά πλεονεκτήματα σε πεδία πλοήγησης αδράνειας υψηλής τεχνολογίας:

1. Πλήρως Στερεάς Κατάστασης & Μηδενική Φθορά: Χωρίς μηχανικά περιστρεφόμενα μέρη ή δομές δόνησης, μηδενική μηχανική φθορά και απώλεια κόπωσης, επεκτείνοντας σημαντικά τη διάρκεια ζωής και μειώνοντας το κόστος μετα-συντήρησης.
2. Εξαιρετικά Χαμηλή Μακροπρόθεσμη Μετατόπιση: Με βαθμονόμηση σε όλο το εύρος θερμοκρασίας και αλγορίθμους αυτο-προσαρμοστικής αντιστάθμισης σφαλμάτων, διατηρεί εξαιρετικά χαμηλή μετατόπιση κατά τη διάρκεια συνεχούς λειτουργίας μεγάλης διάρκειας, επιλύοντας το βασικό πρόβλημα των σωρευτικών σφαλμάτων των συμβατικών αισθητήρων αδράνειας.
3. Στιγμιαία Εκκίνηση & Γρήγορη Απόκριση: Δεν απαιτείται προθέρμανση, επιτυγχάνοντας έξοδο πλοήγησης σε πραγματικό χρόνο μετά την ενεργοποίηση, προσαρμόζεται πλήρως σε σενάρια αποστολών ταχείας απόκρισης.
4. Ακραία Περιβαλλοντική Προσαρμοστικότητα: Εξαιρετική αντίσταση σε κραδασμούς, αντοχή σε κρούσεις και σταθερότητα σε ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, υποστηρίζοντας μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία σε σκληρά περιβάλλοντα όπως μεγάλο υψόμετρο, βαθιά θάλασσα, υψηλή υγρασία και ισχυρούς κραδασμούς.

Περιορισμένο από οπτικές συσκευές υψηλής ακρίβειας και διαδικασίες πηνίων οπτικής ίνας εξαιρετικά μεγάλου μήκους, το FOG μας διαθέτει υψηλότερη ακρίβεια και αξιοπιστία, αλλά έχει σχετικά μεγαλύτερο όγκο, υψηλότερο κόστος κατασκευής και ελαφρώς υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας σε σύγκριση με μικροσκοπικούς αισθητήρες MEMS καταναλωτικής ποιότητας. Ως εκ τούτου, δεν είναι εφαρμόσιμο σε εξαιρετικά μικροσκοπικές, φορητές πολιτικές συσκευές εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης, σχηματίζοντας μια διαφοροποιημένη τοποθέτηση προϊόντος με αισθητήρες αδράνειας MEMS.

Στην παγκόσμια αγορά πλοήγησης αδράνειας, το FOG και η σειρά SI-MIMU MEMS μας σχηματίζουν ένα πλήρες προϊόν με διαφοροποιημένη τοποθέτηση και συμπληρωματική απόδοση. Τα αυτο-αναπτυγμένα IMUs SI-MIMU MEMS μας εστιάζουν στη σμίκρυνση, το χαμηλό κόστος και τα μαζικά πολιτικά σενάρια, όπως εμπορικά UAVs, βιομηχανικά ρομπότ και οχήματα αυτόνομης οδήγησης χαμηλής ταχύτητας. Αντίθετα, τα γυροσκόπια οπτικής ίνας μας στοχεύουν σε σενάρια ακριβείας υψηλής τεχνολογίας, καλύπτοντας αεροδιαστημικό εξοπλισμό, θαλάμια πλοία, συστήματα ανίχνευσης βαθέων υδάτων και συστήματα πλοήγησης αδράνειας υψηλής ακρίβειας χαρτογράφησης και τοπογράφησης.

Ως ένας βασικός αισθητήρας αδράνειας υψηλής τεχνολογίας που αναπτύχθηκε ανεξάρτητα από την ομάδα μας, η σειρά FOG μας σπάει την τεχνική μονοπώληση του εξωτερικού, πραγματοποιεί πλήρη εγχώρια ανεξάρτητη ελεγξιμότητα της βασικής τεχνολογίας οπτικής αδράνειας και παρέχει αξιόπιστες, υψηλής ακρίβειας, οικονομικά αποδοτικές λύσεις πλοήγησης αδράνειας για παγκόσμιο εξοπλισμό υψηλής τεχνολογίας και βιομηχανίες θαλάσσιας αεροδιαστημικής.