Con quay hồi chuyển sợi quang (FOG) là gì? Nó hoạt động như thế nào? | STABLE INERTIAL SYSTEMS LTD.

Gi-rô-líp quang sợi (FOG) là một cảm biến quán tính trạng thái rắn cao cấp, hoàn toàn loại bỏ cấu trúc rôto cơ học truyền thống và kiến trúc gi-rô MEMS rung động thông thường. Được kỹ sư và tối ưu hóa độc lập bởi đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi, thiết bị quán tính quang chính xác cốt lõi này áp dụng công nghệ cảm biến truyền dẫn sợi quang thuần túy để nắm bắt và đo lường chính xác vận tốc góc của các phương tiện di chuyển, mang lại hiệu suất vượt trội cho các kịch bản dẫn đường quán tính có độ tin cậy cao.

Khác với các gi-rô MEMS và gi-rô cơ học phổ biến trên thị trường, FOG tự phát triển của chúng tôi có các đặc điểm không có bộ phận chuyển động cơ học, độ trôi dài hạn cực thấp, khởi động nguội tức thời và độ ổn định môi trường khắc nghiệt. Nó lấp đầy hiệu quả khoảng trống về độ chính xác của các cảm biến quán tính cấp thương mại và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt của hàng không vũ trụ, thăm dò biển sâu, dẫn đường hàng hải và đo lường công nghiệp có độ chính xác cao mà các thiết bị quán tính thông thường không thể hỗ trợ.

FOG của chúng tôi tự hào có dải đo động cực rộng với khả năng cảm biến linh hoạt vượt trội. Nó có thể nắm bắt chính xác các chuyển động quay cực chậm tương đương với chuyển động quay của Trái đất và phản ứng nhanh chóng với chuyển động quay tốc độ cao của máy bay, phương tiện không người lái và thiết bị hàng hải. Hỗ trợ khởi động không có độ trễ với thời gian khởi động không cần thiết, gi-rô-líp quang sợi của chúng tôi cung cấp đầu ra ổn định ngay lập tức sau khi bật nguồn, điều này rất quan trọng đối với các kịch bản nhiệm vụ yêu cầu phản ứng nhanh, độ chính xác cao.

Dựa trên thiết kế cấu trúc và định vị ứng dụng, dòng FOG của chúng tôi được chia thành các cấu hình một trục và ba trục. FOG một trục áp dụng cấu trúc nhỏ gọn, nhẹ với chi phí thấp và quy trình hiệu chuẩn đơn giản, hoàn toàn phù hợp với hệ thống ổn định tư thế một chiều và dẫn đường cơ bản cho thiết bị công nghiệp và không người lái tầm trung. FOG ba trục tích hợp thiết kế cảm biến quang toàn diện, nhận ra khả năng theo dõi tư thế 3D hoàn chỉnh và độ chính xác dẫn đường toàn diện cực cao, phục vụ các thiết bị dẫn đường toàn vị trí cao cấp như máy bay có người lái, UUV hoạt động dài ngày, tàu ngoài khơi và các nền tảng thăm dò biển sâu. Với hiệu suất toàn diện vượt trội, các sản phẩm FOG của chúng tôi được triển khai rộng rãi trong các lĩnh vực đo lường và dẫn đường quán tính có độ chính xác cao trên toàn cầu.

Tất cả các gi-rô-líp quang sợi của chúng tôi hoạt động dựa trên hiệu ứng Sagnac cổ điển, nguyên lý vật lý cơ bản của cảm biến quán tính quang, đảm bảo đo lường chuyển động quay không tiếp xúc, độ ổn định cao và triệt tiêu độ trôi mà không có nhiễu cơ học.

Cơ chế hoạt động có thể được minh họa trực quan bằng phép loại suy vật lý tiêu chuẩn hóa: hai chùm tia sáng hoạt động như những "vận động viên tốc độ cao" chính xác, và cuộn sợi quang có độ chính xác cao được quấn chặt đóng vai trò là một đường truyền quang tròn khép kín. Khi gi-rô-líp ở trạng thái tĩnh, hai chùm tia sáng có độ kết hợp thấp giống hệt nhau phát ra từ nguồn sáng ổn định bên trong được tách ra và truyền theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ dọc theo vòng sợi tương ứng, quay trở lại đồng thời với sự khác biệt pha bằng không.

Khi phương tiện quay, đường truyền quang hiệu dụng của hai chùm tia sáng truyền ngược chiều thay đổi đồng bộ. Một chùm tia đi trên một đường truyền quang mở rộng trong khi chùm tia kia đi trên một đường truyền quang bị rút ngắn, tạo ra sự khác biệt thời gian và dịch pha nhỏ nhưng có thể phát hiện được. Tỷ lệ nghiêm ngặt với vận tốc góc thời gian thực của phương tiện, sự khác biệt pha này được nắm bắt, phân tích và tính toán bởi hệ thống thuật toán giải điều chế tín hiệu tự phát triển của chúng tôi.

Điều đáng nhấn mạnh là sự dịch pha Sagnac được tạo ra bởi FOG của chúng tôi bắt nguồn hoàn toàn từ sự thay đổi đường truyền quang hiệu dụng dưới chuyển động quay, chứ không phải sự thay đổi tốc độ ánh sáng. Lợi thế vật lý cốt lõi này loại bỏ các lỗi đo lường cơ bản, mang lại cho dòng FOG của chúng tôi độ ổn định và khả năng lặp lại đo lường dài hạn cực cao, vượt xa giới hạn độ chính xác của các cảm biến quán tính thông thường.

FOG của chúng tôi là một hệ thống quang điện tử tích hợp cao bao gồm năm thành phần cốt lõi được phát triển và hiệu chuẩn nội bộ. Mọi thiết kế cấu trúc và quy trình công nghệ đều được tối ưu hóa độc lập bởi đội ngũ R&D của chúng tôi để thực hiện sự phối hợp chính xác từ truyền tín hiệu quang đến đầu ra tín hiệu điện, chuyển đổi các thay đổi pha quang nhỏ thành dữ liệu vận tốc góc có độ chính xác cao, độ ổn định cao.

• Nguồn sáng ổn định chuyên nghiệp Được trang bị các nguồn sáng kết hợp thấp SLD/ASE tùy chỉnh được sàng lọc và hiệu chuẩn độc lập trong nội bộ, cung cấp đầu ra quang cực kỳ ổn định và nhiễu thấp. Nó triệt tiêu nhiễu quang lạc từ nguồn, đảm bảo độ chính xác đo lường nhất quán dài hạn và hiệu suất chống suy hao cho các nhiệm vụ dẫn đường kéo dài.
• Bộ ghép quang chính xác cao & Sóng dẫn Y Áp dụng bộ ghép X loại 2*2 tự hiệu chuẩn và các thành phần sóng dẫn Y có độ ổn định cao, đạt được sự tách chùm tia sáng bằng nhau và kết hợp ánh sáng hiệu quả. Nó tích hợp chức năng điều khiển phân cực chính xác và điều chế pha tuyến tính, cung cấp nền tảng quang học đáng tin cậy cho việc phát hiện hiệu ứng Sagnac có độ nhạy cao.
• Cuộn sợi quấn cao cấp (Đơn vị cảm biến cốt lõi) Thành phần cảm biến cốt lõi áp dụng sợi quang đặc biệt có tổn thất cực thấp với công nghệ quấn dày nhiều lớp được tối ưu hóa độc lập bởi nhóm của chúng tôi. Chiều dài sợi và số vòng quấn hợp lý khuếch đại sự khác biệt pha Sagnac tinh tế một cách đáng kể, cải thiện đáng kể độ phân giải cảm biến và độ nhạy phát hiện. Quy trình quấn độc quyền và thiết kế cấu trúc cố định của chúng tôi chống lại hiệu quả rung động bên ngoài và biến dạng nhiệt, tránh suy giảm hiệu suất cảm biến.
• Bộ tách sóng quang có độ nhạy cao Các thành phần cảm biến quang điện tùy chỉnh nắm bắt những thay đổi nhỏ về cường độ ánh sáng giao thoa, chuyển đổi sự khác biệt pha quang tinh tế thành các tín hiệu điện gốc yếu với tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cực cao, cung cấp dữ liệu thô tinh khiết và hiệu quả cho việc giải thuật toán tiếp theo.
• Hệ thống mạch xử lý tín hiệu tự phát triển Các mạch giải điều chế thích ứng, lọc nhiễu và bù nhiệt độc quyền của chúng tôi thực hiện khuếch đại, hiệu chuẩn và bù lỗi của tín hiệu điện gốc. Nó loại bỏ nhiễu môi trường trong thời gian thực và cuối cùng xuất ra dữ liệu vận tốc góc và tư thế ổn định, có độ chính xác cao và khả dụng.

So với các gi-rô-líp cơ học truyền thống và gi-rô-líp MEMS thương mại, dòng FOG tự phát triển của chúng tôi có những điểm mạnh cốt lõi không thể thay thế trong các lĩnh vực dẫn đường quán tính cao cấp:

1. Trạng thái rắn hoàn toàn & Không mài mòn: Không có bộ phận quay cơ học hoặc cấu trúc rung động, không bị mài mòn cơ học và mất do mỏi, kéo dài đáng kể tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì sau này.
2. Độ trôi dài hạn cực thấp: Với hiệu chuẩn phạm vi nhiệt độ đầy đủ và các thuật toán bù lỗi tự thích ứng, nó duy trì độ trôi cực thấp trong quá trình hoạt động liên tục kéo dài, giải quyết điểm yếu cốt lõi của lỗi tích lũy của các cảm biến quán tính thông thường.
3. Khởi động tức thời & Phản ứng nhanh: Không cần làm nóng trước, đạt được đầu ra dẫn đường thời gian thực sau khi bật nguồn, hoàn toàn thích ứng với các kịch bản nhiệm vụ yêu cầu phản ứng nhanh.
4. Khả năng thích ứng môi trường khắc nghiệt: Khả năng chống rung tuyệt vời, chống sốc và độ ổn định nhiệt độ rộng, hỗ trợ hoạt động ổn định lâu dài trong môi trường khắc nghiệt như độ cao lớn, biển sâu, độ ẩm cao và rung động mạnh.

Bị giới hạn bởi các thiết bị quang học có độ chính xác cao và quy trình cuộn sợi quang cực dài, FOG của chúng tôi có độ chính xác và độ tin cậy cao hơn nhưng có kích thước tương đối lớn hơn, chi phí sản xuất cao hơn và tiêu thụ điện năng hơi cao hơn so với các cảm biến MEMS thu nhỏ cấp tiêu dùng. Do đó, nó không áp dụng cho các thiết bị dân dụng di động siêu nhỏ, siêu tiết kiệm năng lượng, tạo ra định vị sản phẩm khác biệt với cảm biến quán tính MEMS.

Trong thị trường dẫn đường quán tính toàn cầu, FOG và dòng SI-MIMU MEMS của chúng tôi tạo thành một ma trận sản phẩm hoàn chỉnh với định vị khác biệt và hiệu suất bổ sung. IMU MEMS SI-MIMU tự phát triển của chúng tôi tập trung vào thu nhỏ, chi phí thấp và các kịch bản dân dụng hàng loạt như UAV thương mại, robot công nghiệp và xe tự hành tốc độ thấp. Ngược lại, gi-rô-líp quang của chúng tôi nhắm mục tiêu các kịch bản chính xác cao cấp, bao gồm thiết bị hàng không vũ trụ, tàu biển, hệ thống thăm dò biển sâu và hệ thống dẫn đường quán tính khảo sát và lập bản đồ có độ chính xác cao.

Là một cảm biến quán tính cao cấp cốt lõi được phát triển độc lập bởi nhóm của chúng tôi, dòng FOG của chúng tôi phá vỡ sự độc quyền kỹ thuật ở nước ngoài, hiện thực hóa khả năng kiểm soát độc lập hoàn toàn trong nước về công nghệ quán tính quang cốt lõi và cung cấp các giải pháp dẫn đường quán tính đáng tin cậy, có độ chính xác cao, hiệu quả về chi phí cho các thiết bị thông minh cao cấp toàn cầu và các ngành hàng không vũ trụ hàng hải.