O que é um giroscópio de fibra óptica (FOG)? Como funciona? | STABLE INERTIAL SYSTEMS LTD.

O giroscópio de fibra óptica (FOG) é um sensor de inércia de estado sólido de ponta que abandona completamente as estruturas de rotores mecânicos tradicionais e as arquiteturas giroscópicas MEMS vibratórias convencionais.Projetado e otimizado de forma independente pela nossa equipa técnica, este dispositivo de inércia óptica de precisão do núcleo adota a tecnologia de detecção de transmissão de fibra óptica pura para capturar e medir com precisão a velocidade angular dos portadores em movimento,fornecer um desempenho incomparável para cenários de navegação inercial de alta fiabilidade.

Diferente dos principais giroscópios MEMS e giroscópios mecânicos no mercado, o nosso próprio FOG desenvolvido funcionazero peças mecânicas em movimento, ultra-baixa deriva a longo prazo, arranque a frio instantâneo e extrema estabilidade ambientalPreenche eficazmente a lacuna de precisão dos sensores inerciais de nível comercial e satisfaz os rigorosos requisitos técnicos da indústria aeroespacial, exploração de águas profundas, navegação marítima,e medições industriais de alta precisão que os dispositivos inerciais comuns não podem suportar.

O nosso FOG possui uma gama de medição dinâmica ultra larga com uma flexibilidade de detecção excepcional.Pode captar com precisão a rotação ultra lenta equivalente à rotação da Terra e responder rapidamente à rotação dinâmica de alta velocidade das aeronaves.Suportando zero atraso de arranque sem tempo de aquecimento necessário, os nossos giroscópios de fibra óptica fornecem uma saída estável instantaneamente após a ligação,que é fundamental para uma resposta rápida, cenários de missões de alta precisão.

Com base no projeto estrutural e no posicionamento da aplicação, as nossas séries FOG são divididas emde eixo únicoede três eixosConfigurações: o FOG de eixo único adota uma estrutura compacta e leve, com baixo custo e procedimentos de calibração simples,sistemas de estabilização de posição de direção única e de navegação básica perfeitamente combinados para equipamentos industriais e não tripulados de gama médiaO FOG de três eixos integra um design de sensores ópticos de dimensões completas, realizando rastreamento de atitude 3D completo e precisão de navegação ultra-alta e abrangente.equipamento de navegação em posição completa de ponta, como aeronaves tripuladas, UUVs de longa duração, embarcações offshore e plataformas de detecção de águas profundas.Os nossos produtos FOG são amplamente utilizados em campos globais de medição e navegação inercial de alta precisão.

Todos os nossos giroscópios de fibra óptica operam com base no clássicoEfeito Sagnac, o princípio físico fundamental da detecção por inércia óptica, assegurando a medição de rotação sem contato, de alta estabilidade e suprimida pela deriva sem interferência mecânica.

O mecanismo de trabalho pode ser ilustrado intuitivamente com uma analogia física padronizada: dois feixes de luz atuam como "corredores de alta velocidade" precisos,e a bobina de fibra óptica de alta precisão, bem enrolada, serve como uma via de transmissão óptica circular fechadaQuando o giroscópio está em estado estático,dois feixes de luz idênticos de baixa coerência emitidos pela fonte de luz estável interna são divididos e propagam-se no sentido horário e contra-horário, respectivamente, ao longo do circuito de fibras, retornando simultaneamente com diferença de fase zero.

Uma vez que o portador gira, o caminho de transmissão óptica eficaz dos dois feixes de luz de propagação reversa muda de forma síncrona.Um feixe percorre um caminho óptico estendido enquanto o outro percorre um caminho encurtado, gerando uma pequena, mas detectável diferença de tempo e desvio de fase. estritamente proporcional à velocidade angular em tempo real do portador, esta diferença de fase é capturada, analisada,e calculado pelo nosso sistema de algoritmo de demodulação de sinal auto-desenvolvido.

Vale a pena salientar que a mudança de fase Sagnac gerada pelo nosso FOG se origina puramente da mudança de trajetória óptica efetiva sob movimento de rotação, em vez de variação da velocidade da luz.Esta principal vantagem física elimina erros fundamentais de medição, dotando a nossa série FOG de uma estabilidade de medição e repetibilidade de longo prazo extremamente elevadas, ultrapassando em muito o limite de precisão dos sensores de inércia convencionais.

O nosso FOG é um sistema optoeletrônico altamente integrado composto por cinco componentes principais desenvolvidos e calibrados internamente.Cada projeto estrutural e processo tecnológico é otimizado de forma independente pela nossa equipa de P&D para realizar uma coordenação precisa da transmissão de sinal óptico para a saída de sinal elétrico, convertendo pequenas alterações de fase ópticas em dados de velocidade angular de alta precisão e alta estabilidade.

• Fonte de luz estável profissionalEquipado com fontes de luz de baixa coerência SLD/ASE personalizadas, independentemente filtradas e calibradas internamente, proporcionando uma saída óptica ultra estável e de baixo ruído.Supre interferências ópticas errantes., assegurando uma precisão de medição consistente a longo prazo e um desempenho antiatenuação para missões de navegação de longa duração.
• Acoplador óptico de alta precisão e guia de ondas de junção YAdopção de acoplador de tipo X 2*2 auto-calibrado e componentes de guia de ondas Y de alta estabilidade, alcançando a divisão da luz de feixe igual e a combinação eficiente da luz.Integra funções precisas de controlo de polarização e modulação de fase linear, fornecendo uma base óptica fiável para a detecção do efeito Sagnac de alta sensibilidade.
• Fibra de fibra de ferida de alta qualidade (unidade de detecção do núcleo)O componente de detecção do núcleo adota fibra óptica especial ultra-baixa perda com tecnologia de enrolamento denso de múltiplas camadas, otimizada independentemente pela nossa equipa.O comprimento razoável da fibra e as voltas da bobina amplificam significativamente as diferenças de fase Sagnac sutisO nosso processo de enrolamento exclusivo e o nosso projeto estrutural fixo resistem eficazmente a vibrações externas e a deformação da temperatura.evitar a atenuação do desempenho da detecção.
• Fotodetector de alta sensibilidadeComponentes de detecção fotoelétrica personalizados captam pequenas alterações de intensidade da luz,Conversão de diferenças de fase ópticas sutis em sinais originais eléctricos fracos com uma relação sinal/ruído ultra-alta, fornecendo dados brutos puros e eficazes para solução de algoritmos subsequentes.
• Sistema de circuito de processamento de sinal auto-desenvolvidoOs nossos circuitos exclusivos de desmodulação adaptativa, filtragem de ruído e compensação de temperatura realizam a amplificação, calibração e compensação de erros dos sinais elétricos originais.Ele elimina a interferência de ruído ambiental em tempo real e, finalmente, sai estável, de alta precisão e disponíveis dados de velocidade angular e de posição.

Em comparação com os tradicionais giroscópios mecânicos e giroscópios MEMS comerciais, a nossa série FOG desenvolvida independentemente tem pontos fortes do núcleo insubstituíveis em campos de navegação inercial de ponta:

1. Estado sólido completo e desgaste zero: Sem peças rotativas mecânicas ou estruturas de vibração, zero desgaste mecânico e perda de fadiga, prolongando muito a vida útil e reduzindo os custos de manutenção.
2. Drift ultra-baixo a longo prazo: Com calibração de toda a gama de temperaturas e algoritmos de compensação de erros auto-adaptáveis, mantém uma deriva extremamente baixa durante uma operação contínua de longa duração,Resolver o ponto de dor do núcleo de erros cumulativos de sensores inerciais convencionais.
3. Iniciação instantânea e resposta rápidaNão é necessário pré-aquecimento, obtendo saída de navegação em tempo real após a ligação, totalmente adaptado a cenários de missão de resposta rápida.
4. Extrema adaptabilidade ao ambiente: Excelente resistência a vibrações, resistência a choques e estabilidade a altas temperaturas, suportando uma operação estável a longo prazo em ambientes adversos, tais como alta altitude, mar profundo, alta umidade,e fortes vibrações.

Limitado por dispositivos ópticos de alta precisão e processos de bobina de fibra ultra longa, o nosso FOG apresenta maior precisão e fiabilidade, mas tem um volume relativamente maior, maior custo de fabricação,e um consumo de energia ligeiramente mais elevado em comparação com sensores MEMS em miniatura de nível de consumoPor conseguinte, não é aplicável a dispositivos civis portáteis ultra-miniatura, ultra-baixa potência, formando um posicionamento de produto diferenciado com sensores inerciais MEMS.

No mercado global da navegação inercial,As nossas séries FOG e SI-MIMU MEMS formam uma matriz completa de produtos com posicionamento diferenciado e desempenho complementarAs nossas unidades SI-MIMU MEMS auto-desenvolvidas concentram-se na miniaturização, baixo custo e cenários civis em massa, como UAVs comerciais, robôs industriais e veículos autônomos de baixa velocidade.Os nossos giroscópios de fibra óptica visam cenários de alta precisão, que abrange equipamentos aeroespaciais, navios marítimos, sistemas de detecção em águas profundas e sistemas de navegação inercial de alta precisão.

Como um sensor inercial de ponta desenvolvido independentemente pela nossa equipa, a nossa série FOG quebra o monopólio técnico no estrangeiro,Realiza a plena capacidade de controlo independente nacional da tecnologia de inércia óptica central, e fornece soluções de navegação inercial fiáveis, de alta precisão e rentáveis para equipamentos inteligentes de ponta e indústrias aeroespaciais marítimas.