Che cos'è il giroscopio a fibra ottica (FOG)? Come funziona?

Il giroscopio a fibra ottica (FOG) è un sensore inerziale a stato solido di fascia alta che abbandona completamente le tradizionali strutture a rotore meccanico e le convenzionali architetture giroscopiche MEMS vibranti. Progettato e ottimizzato in modo indipendente dal nostro team tecnico, questo dispositivo inerziale ottico di precisione adotta la tecnologia di rilevamento a trasmissione ottica pura per catturare e misurare accuratamente la velocità angolare dei vettori in movimento, offrendo prestazioni impareggiabili per scenari di navigazione inerziale ad alta affidabilità.

A differenza dei giroscopi MEMS e dei giroscopi meccanici mainstream sul mercato, il nostro FOG autoprodotto presenta nessuna parte mobile meccanica, deriva a lungo termine ultra-bassa, avvio a freddo istantaneo e stabilità ambientale estrema. Colma efficacemente il divario di precisione dei sensori inerziali di grado commerciale e soddisfa i rigorosi requisiti tecnici dell'aerospaziale, dell'esplorazione sottomarina, della navigazione marittima e della misurazione industriale ad alta precisione che i dispositivi inerziali ordinari non possono supportare.

Il nostro FOG vanta un intervallo di misurazione dinamica ultra-ampio con eccezionale flessibilità di rilevamento. Può catturare con precisione rotazioni ultra-lente equivalenti alla rotazione terrestre e rispondere rapidamente a rotazioni dinamiche ad alta velocità di aeromobili, veicoli senza pilota e attrezzature marine. Supportando l'avvio a ritardo zero senza tempi di riscaldamento, i nostri giroscopi a fibra ottica forniscono un output stabile istantaneamente dopo l'accensione, il che è fondamentale per scenari di missione ad alta precisione e a risposta rapida.

In base alla progettazione strutturale e al posizionamento dell'applicazione, le nostre serie FOG sono divise in configurazioni monoasse e tre assi. Il FOG monoasse adotta una struttura compatta e leggera con basso costo e semplici procedure di calibrazione, abbinandosi perfettamente alla stabilizzazione dell'assetto unidirezionale e ai sistemi di navigazione di base per apparecchiature industriali e senza pilota di fascia media. Il FOG a tre assi integra un design di rilevamento ottico multidimensionale, realizzando un tracciamento completo dell'assetto 3D e un'accuratezza di navigazione completa ultra-elevata, servendo apparecchiature di navigazione complete di fascia alta come aeromobili con equipaggio, UUV a lunga autonomia, navi offshore e piattaforme di rilevamento in profondità marina. Con prestazioni complete superiori, i nostri prodotti FOG sono ampiamente impiegati nei campi globali di misurazione e navigazione inerziale ad alta precisione.

Tutti i nostri giroscopi a fibra ottica operano sulla base del classico effetto Sagnac, il principio fisico fondamentale del rilevamento inerziale ottico, garantendo misurazioni di rotazione senza contatto, ad alta stabilità e soppresse dalla deriva senza interferenze meccaniche.

Il meccanismo di funzionamento può essere illustrato intuitivamente con un'analogia fisica standardizzata: due fasci di luce agiscono come precisi "corridori ad alta velocità" e la bobina di fibra ottica ad alta precisione strettamente avvolta funge da traccia di trasmissione ottica circolare chiusa. Quando il giroscopio è in stato statico, due fasci di luce identici a bassa coerenza emessi dalla sorgente luminosa stabile interna vengono divisi e si propagano rispettivamente in senso orario e antiorario lungo il loop di fibra, tornando simultaneamente con differenza di fase zero.

Una volta che il vettore ruota, il percorso di trasmissione ottica effettivo dei due fasci di luce che si propagano in senso inverso cambia in modo sincrono. Un fascio percorre un percorso ottico esteso mentre l'altro percorre un percorso accorciato, generando una differenza di tempo e uno spostamento di fase minuscoli ma rilevabili. Strettamente proporzionale alla velocità angolare in tempo reale del vettore, questa differenza di fase viene catturata, analizzata e calcolata dal nostro sistema di algoritmo di demodulazione del segnale autoprodotto.

Vale la pena sottolineare che lo spostamento di fase Sagnac generato dal nostro FOG deriva puramente dalla variazione del percorso ottico effettivo sotto moto rotatorio, piuttosto che dalla variazione della velocità della luce. Questo vantaggio fisico fondamentale elimina gli errori di misurazione fondamentali, conferendo alla nostra serie FOG un'ultra-elevata stabilità di misurazione a lungo termine e ripetibilità, superando di gran lunga il limite di precisione dei sensori inerziali convenzionali.

Il nostro FOG è un sistema optoelettronico altamente integrato composto da cinque componenti core sviluppati e calibrati internamente. Ogni progettazione strutturale e processo tecnologico è ottimizzato in modo indipendente dal nostro team di R&S per realizzare un coordinamento preciso dalla trasmissione del segnale ottico all'uscita del segnale elettrico, convertendo minuscole variazioni di fase ottica in dati di velocità angolare ad alta precisione e alta stabilità.

• Sorgente luminosa stabile professionale Dotata di sorgenti luminose a bassa coerenza SLD/ASE personalizzate, schermate e calibrate internamente in modo indipendente, che forniscono un output ottico ultra-stabile e a basso rumore. Sopprime le interferenze ottiche stray dalla sorgente, garantendo un'accuratezza di misurazione costante a lungo termine e prestazioni anti-attenuazione per missioni di navigazione di lunga durata.
• Accoppiatore ottico ad alta precisione e guida d'onda a giunzione a Y Adozione di accoppiatori a X auto-calibrati 2*2 e componenti a guida d'onda a Y ad alta stabilità, ottenendo una divisione della luce a fascio uguale e un'efficiente combinazione della luce. Integra funzioni precise di controllo della polarizzazione e di modulazione di fase lineare, fornendo una base ottica affidabile per il rilevamento ad alta sensibilità dell'effetto Sagnac.
• Bobina di fibra avvolta di alta qualità (unità di rilevamento core) Il componente di rilevamento core adotta fibra ottica speciale a bassissima perdita con tecnologia di avvolgimento denso multistrato ottimizzata in modo indipendente dal nostro team. Una lunghezza di fibra e un numero di spire ragionevoli amplificano significativamente le sottili differenze di fase Sagnac, migliorando notevolmente la risoluzione del sensore e la sensibilità di rilevamento. Il nostro esclusivo processo di avvolgimento e il design strutturale fisso resistono efficacemente alle vibrazioni esterne e alla deformazione termica, evitando l'attenuazione delle prestazioni di rilevamento.
• Fotodetector ad alta sensibilità Componenti di rilevamento fotoelettrico personalizzati catturano minuscole variazioni di intensità della luce di interferenza, convertendo sottili differenze di fase ottica in deboli segnali elettrici originali con un rapporto segnale-rumore ultra-elevato, fornendo dati grezzi puri ed efficaci per la successiva risoluzione algoritmica.
• Sistema di circuiti di elaborazione del segnale autoprodotto I nostri esclusivi circuiti di demodulazione adattiva, filtraggio del rumore e compensazione della temperatura realizzano l'amplificazione, la calibrazione e la compensazione degli errori dei segnali elettrici originali. Elimina le interferenze del rumore ambientale in tempo reale e infine emette dati di velocità angolare e assetto stabili, ad alta precisione e disponibili.

Rispetto ai giroscopi meccanici tradizionali e ai giroscopi MEMS commerciali, le nostre serie FOG sviluppate in modo indipendente hanno punti di forza core insostituibili nei campi della navigazione inerziale di fascia alta:

1. Completamente a stato solido e senza usura: Nessuna parte rotante meccanica o struttura vibrante, zero usura meccanica e perdita per fatica, estendendo notevolmente la durata di servizio e riducendo i costi di post-manutenzione.
2. Deriva a lungo termine ultra-bassa: Con calibrazione a intervallo di temperatura completo e algoritmi di compensazione degli errori auto-adattivi, mantiene una deriva estremamente bassa durante il funzionamento continuo di lunga durata, risolvendo il punto dolente principale degli errori cumulativi dei sensori inerziali convenzionali.
3. Avvio istantaneo e risposta rapida: Nessun preriscaldamento richiesto, ottenendo output di navigazione in tempo reale dopo l'accensione, adattandosi completamente agli scenari di missione a risposta rapida.
4. Adattabilità ambientale estrema: Eccellente resistenza alle vibrazioni, resistenza agli urti e stabilità ad ampio intervallo di temperatura, supportando un funzionamento stabile a lungo termine in ambienti difficili come alta quota, profondità marina, alta umidità e forti vibrazioni.

Limitato da dispositivi ottici ad alta precisione e processi di bobine di fibra ultra-lunghe, il nostro FOG presenta maggiore precisione e affidabilità ma ha un volume relativamente maggiore, un costo di produzione più elevato e un consumo energetico leggermente superiore rispetto ai sensori MEMS in miniatura di grado consumer. Pertanto, non è applicabile a dispositivi civili portatili ultra-miniaturizzati e a bassissimo consumo energetico, formando un posizionamento di prodotto differenziato con i sensori inerziali MEMS.

Nel mercato globale della navigazione inerziale, il nostro FOG e la serie SI-MIMU MEMS formano una matrice di prodotti completa con posizionamento differenziato e prestazioni complementari. I nostri IMU MEMS SI-MIMU autoprodotte si concentrano sulla miniaturizzazione, sui bassi costi e sugli scenari civili di massa come UAV commerciali, robot industriali e veicoli autonomi a bassa velocità. Al contrario, i nostri giroscopi a fibra ottica mirano a scenari di precisione di fascia alta, coprendo apparecchiature aerospaziali, navi marine, sistemi di rilevamento in profondità marina e sistemi di navigazione inerziale per rilievo e mappatura ad alta precisione.

In quanto sensore inerziale di fascia alta core sviluppato in modo indipendente dal nostro team, la nostra serie FOG rompe il monopolio tecnico estero, realizza il pieno controllo indipendente domestico della tecnologia inerziale ottica core e fornisce soluzioni di navigazione inerziale affidabili, ad alta precisione e convenienti per apparecchiature intelligenti di fascia alta globali e industrie aerospaziali marine.