Fiber Optik Jiroskop (FOG) Nedir? Nasıl Çalışır? | STABLE INERTIAL SYSTEMS LTD.

Fiber Optik Jiroskop (FOG), geleneksel mekanik rotor yapılarını ve konvansiyonel titreşimli MEMS jiroskop mimarilerini tamamen terk eden üst düzey, katı hal atalet sensörüdür. Teknik ekibimiz tarafından bağımsız olarak tasarlanıp optimize edilen bu temel hassas optik atalet cihazı, hareketli taşıyıcıların açısal hızını doğru bir şekilde yakalayıp ölçmek için saf optik fiber iletim algılama teknolojisini benimser ve yüksek güvenilirlikli atalet navigasyon senaryoları için eşsiz bir performans sunar.

Piyasadaki ana akım MEMS jiroskoplarından ve mekanik jiroskoplardan farklı olarak, kendi geliştirdiğimiz FOG, sıfır mekanik hareketli parça, ultra düşük uzun vadeli sapma, anında soğuk başlatma ve aşırı çevresel kararlılık özelliklerine sahiptir. Ticari sınıf atalet sensörlerinin hassasiyet boşluğunu etkili bir şekilde doldurur ve sıradan atalet cihazlarının destekleyemediği havacılık, derin deniz keşfi, deniz navigasyonu ve yüksek hassasiyetli endüstriyel ölçüm gibi sıkı teknik gereksinimleri karşılar.

FOG'umuz, üstün algılama esnekliği ile ultra geniş bir dinamik ölçüm aralığına sahiptir. Dünya'nın dönüşüne eşdeğer ultra yavaş dönüşleri hassas bir şekilde yakalayabilir ve uçakların, insansız araçların ve deniz ekipmanlarının yüksek hızlı dinamik dönüşlerine hızla yanıt verebilir. Sıfır gecikmeli, ısınma süresi gerektirmeyen başlatmayı destekleyen fiber optik jiroskoplarımız, güç açıldıktan hemen sonra kararlı bir çıkış sağlar, bu da hızlı yanıt veren, yüksek hassasiyetli görev senaryoları için kritik öneme sahiptir.

Yapısal tasarım ve uygulama konumlandırmasına dayanarak, FOG serimiz tek eksenli ve üç eksenli konfigürasyonlara ayrılır. Tek eksenli FOG, düşük maliyetli ve basit kalibrasyon prosedürleri ile kompakt, hafif bir yapı benimser, orta seviye endüstriyel ve insansız ekipmanlar için tek yönlü duruş stabilizasyonu ve temel navigasyon sistemleriyle mükemmel uyum sağlar. Üç eksenli FOG, tam boyutlu optik algılama tasarımı entegre eder, tam 3D duruş takibi ve ultra yüksek kapsamlı navigasyon doğruluğu gerçekleştirir, insanlı uçaklar, uzun menzilli UUV'ler, açık deniz gemileri ve derin deniz tespit platformları gibi üst düzey tam konum navigasyon ekipmanlarına hizmet eder. Üstün kapsamlı performansıyla FOG ürünlerimiz, küresel yüksek hassasiyetli atalet ölçüm ve navigasyon alanlarında yaygın olarak konuşlandırılmaktadır.

Tüm fiber optik jiroskoplarımız, optik atalet algılamanın temel fiziksel prensibi olan klasik Sagnac etkisi temelinde çalışır, mekanik müdahale olmadan temassız, yüksek kararlılıklı ve sapma bastırılmış dönüş ölçümü sağlar.

Çalışma mekanizması, standartlaştırılmış bir fiziksel analoji ile sezgisel olarak gösterilebilir: iki ışık demeti hassas "yüksek hızlı koşucular" olarak hareket eder ve sıkıca sarılmış yüksek hassasiyetli optik fiber bobini kapalı dairesel bir optik iletim parkuru görevi görür. Jiroskop statik durumda olduğunda, dahili kararlı ışık kaynağından yayılan iki özdeş düşük koheranslı ışık demeti bölünür ve sırasıyla fiber döngüsü boyunca saat yönünde ve saat yönünün tersine yayılır, sıfır faz farkıyla eşzamanlı olarak geri döner.

Taşıyıcı döndüğünde, iki ters yayılan ışık demetinin etkili optik iletim yolu eşzamanlı olarak değişir. Bir demet uzatılmış bir optik yol izlerken, diğeri kısalmış bir yol izler, bu da tespit edilebilir küçük bir zaman farkı ve faz kayması oluşturur. Taşıyıcının gerçek zamanlı açısal hızına kesinlikle orantılı olan bu faz farkı, kendi geliştirdiğimiz sinyal demodülasyon algoritma sistemi tarafından yakalanır, analiz edilir ve hesaplanır.

FOG'umuz tarafından üretilen Sagnac faz kaymasının, ışık hızı değişiminden ziyade, dönme hareketi altındaki etkili optik yolun değişiminden kaynaklandığını vurgulamak gerekir. Bu temel fiziksel avantaj, temel ölçüm hatalarını ortadan kaldırır ve FOG serimizi, geleneksel atalet sensörlerinin doğruluk sınırını çok aşan ultra yüksek uzun vadeli ölçüm kararlılığı ve tekrarlanabilirliği ile donatır.

FOG'umuz, beş temel dahili olarak geliştirilmiş ve kalibre edilmiş bileşenden oluşan yüksek entegre bir optoelektronik sistemdir. Her yapısal tasarım ve teknolojik süreç, optik sinyal iletiminden elektrik sinyali çıkışına kadar hassas koordinasyon sağlamak, küçük optik faz değişikliklerini yüksek hassasiyetli, yüksek kararlılıklı açısal hız verilerine dönüştürmek için bağımsız olarak ekibimiz tarafından optimize edilmiştir.

• Profesyonel Kararlı Işık Kaynağı Dahili olarak bağımsız olarak taranmış ve kalibre edilmiş özelleştirilmiş SLD/ASE düşük koheranslı ışık kaynakları ile donatılmıştır, ultra kararlı ve düşük gürültülü optik çıkış sağlar. Kaynaktan gelen optik kaçak paraziti bastırır, uzun süreli navigasyon görevleri için uzun vadeli tutarlı ölçüm doğruluğunu ve zayıflama önleme performansını garanti eder.
• Yüksek Hassasiyetli Optik Kuplör ve Y-kavşak Dalga Kılavuzu Kendi kendini kalibre eden 2*2 X tipi kuplör ve yüksek kararlılıklı Y-dalga kılavuzu bileşenleri benimser, eşit ışık bölme ve verimli ışık birleştirme sağlar. Yüksek hassasiyetli Sagnac etkisi tespiti için güvenilir bir optik temel sağlayan hassas polarizasyon kontrolü ve doğrusal faz modülasyon fonksiyonlarını entegre eder.
• Yüksek Dereceli Sarımlı Fiber Bobin (Temel Algılama Birimi) Temel algılama bileşeni, ekibimiz tarafından bağımsız olarak optimize edilmiş çok katmanlı yoğun sarım teknolojisine sahip ultra düşük kayıplı özel optik fiberi benimser. Makul fiber uzunluğu ve bobin dönüşleri, ince Sagnac faz farklarını önemli ölçüde artırır, sensör çözünürlüğünü ve tespit hassasiyetini büyük ölçüde iyileştirir. Özel sarım işlemimiz ve sabit yapısal tasarımımız, harici titreşim ve sıcaklık deformasyonuna etkili bir şekilde direnir, algılama performansı zayıflamasını önler.
• Yüksek Hassasiyetli Fotodetektör Özelleştirilmiş fotoelektrik algılama bileşenleri, küçük girişim ışık yoğunluğu değişikliklerini yakalar, ince optik faz farklarını ultra yüksek sinyal-gürültü oranına sahip zayıf elektriksel orijinal sinyallere dönüştürür, sonraki algoritma çözümü için saf ve etkili ham veriler sağlar.
• Kendi Geliştirdiği Sinyal İşleme Devre Sistemi Özel adaptif demodülasyon, gürültü filtreleme ve sıcaklık telafisi devrelerimiz, orijinal elektriksel sinyallerin yükseltilmesini, kalibrasyonunu ve hata telafisini gerçekleştirir. Çevresel gürültü parazitini gerçek zamanlı olarak ortadan kaldırır ve nihayetinde kararlı, yüksek hassasiyetli ve kullanılabilir açısal hız ve duruş verileri üretir.

Geleneksel mekanik jiroskoplar ve ticari MEMS jiroskoplarla karşılaştırıldığında, bağımsız olarak geliştirdiğimiz FOG serisi, üst düzey atalet navigasyon alanlarında yeri doldurulamaz temel güçlü yönlere sahiptir:

1. Tam Katı Hal ve Sıfır Aşınma: Mekanik dönen parça veya titreşim yapısı yok, sıfır mekanik aşınma ve yorgunluk kaybı, hizmet ömrünü büyük ölçüde uzatır ve bakım sonrası maliyetleri azaltır.
2. Ultra Düşük Uzun Vadeli Sapma: Tam sıcaklık aralığı kalibrasyonu ve kendi kendine uyum sağlayan hata telafisi algoritmaları ile, uzun süreli sürekli çalışma sırasında son derece düşük sapma sağlar, geleneksel atalet sensörlerinin kümülatif hatalarının temel sorununu çözer.
3. Anında Başlatma ve Hızlı Tepki: Ön ısıtma gerektirmez, güç açıldıktan sonra gerçek zamanlı navigasyon çıkışı sağlar, hızlı yanıt veren görev senaryolarına tam olarak uyum sağlar.
4. Aşırı Çevresel Uyumluluk: Mükemmel titreşim direnci, darbe direnci ve geniş sıcaklık kararlılığı, yüksek irtifa, derin deniz, yüksek nem ve güçlü titreşim gibi zorlu ortamlarda uzun süreli kararlı çalışmayı destekler.

Yüksek hassasiyetli optik cihazlar ve ultra uzun fiber bobin işlemlerinden kaynaklanan sınırlamalar nedeniyle, FOG'umuz daha yüksek hassasiyet ve güvenilirlik sunar ancak minyatür tüketici sınıfı MEMS sensörlere kıyasla nispeten daha büyük hacme, daha yüksek üretim maliyetine ve biraz daha yüksek güç tüketimine sahiptir. Bu nedenle, ultra minyatür, ultra düşük güç tüketen taşınabilir sivil cihazlar için uygun değildir, MEMS atalet sensörleriyle farklılaştırılmış bir ürün konumu oluşturur.

Küresel atalet navigasyon pazarında, FOG ve SI-MIMU MEMS serimiz, farklılaştırılmış konumlandırma ve tamamlayıcı performansa sahip eksiksiz bir ürün matrisi oluşturur. Kendi geliştirdiğimiz SI-MIMU MEMS IMU'lar, ticari insansız hava araçları, endüstriyel robotlar ve düşük hızlı otonom araçlar gibi minyatürleştirme, düşük maliyet ve toplu sivil senaryolara odaklanır. Buna karşılık, fiber optik jiroskoplarımız havacılık ekipmanları, deniz gemileri, derin deniz tespit sistemleri ve yüksek hassasiyetli haritalama ve ölçüm atalet navigasyon sistemlerini kapsayan üst düzey hassasiyet senaryolarını hedefler.

Ekibimiz tarafından bağımsız olarak geliştirilen temel bir üst düzey atalet sensörü olarak FOG serimiz, denizaşırı teknik tekeli kırar, temel optik atalet teknolojisinin tam yerli bağımsız kontrol edilebilirliğini gerçekleştirir ve küresel üst düzey akıllı ekipmanlar ve deniz havacılık endüstrileri için güvenilir, yüksek hassasiyetli, uygun maliyetli atalet navigasyon çözümleri sunar.