Podstawowy element naprowadzania inercyjnego:Żyroskop światłowodowy

Wprowadzenie do żyroskopów światłowodowych

Inercyjne systemy nawigacji w dużym stopniu opierają się na dokładności i precyzji swoich głównych komponentów. Jednym z takich elementów, który znacznie zwiększył możliwości tych systemów, jest żyroskop światłowodowy (FOG). FOG to krytyczny czujnik, który odgrywa kluczową rolę w pomiarze prędkości kątowej nośnika z niezwykłą dokładnością.

Działanie żyroskopu światłowodowego

FOG działają na zasadzie efektu Sagnaca, który polega na rozdzieleniu wiązki lasera na dwie oddzielne ścieżki, umożliwiając jej przemieszczanie się w przeciwnych kierunkach wzdłuż zwiniętej pętli światłowodowej. Kiedy nośnik osadzony w FOG obraca się, różnica w czasie ruchu pomiędzy dwiema belkami jest proporcjonalna do prędkości kątowej obrotu nośnika. To opóźnienie czasowe, znane jako przesunięcie fazowe Sagnaca, jest następnie precyzyjnie mierzone, umożliwiając FOG dostarczenie dokładnych danych dotyczących rotacji nośnej.

Zasada działania żyroskopu światłowodowego polega na emitowaniu wiązki światła z fotodetektora. Ta wiązka światła przechodzi przez łącznik, wchodząc z jednego końca i wychodząc z drugiego. Następnie przechodzi przez pętlę optyczną. Dwie wiązki światła pochodzące z różnych kierunków wchodzą do pętli i po okrążeniu tworzą spójną superpozycję. Powracające światło ponownie trafia do diody elektroluminescencyjnej (LED), która służy do wykrywania jego intensywności. Chociaż zasada działania żyroskopu światłowodowego może wydawać się prosta, największym wyzwaniem jest wyeliminowanie czynników wpływających na długość ścieżki optycznej dwóch wiązek światła. Jest to jeden z najważniejszych problemów stojących przed rozwojem żyroskopów światłowodowych.

1: dioda superluminescencyjna           2: dioda fotodetektorowa

3.łącznik źródła światła           4.łącznik pierścieniowy z włókna            5. pierścień światłowodowy

Zalety żyroskopów światłowodowych

FOG oferują kilka zalet, które czynią je nieocenionymi w inercyjnych systemach nawigacji. Są znane ze swojej wyjątkowej dokładności, niezawodności i trwałości. W przeciwieństwie do żyroskopów mechanicznych, FOG nie mają ruchomych części, co zmniejsza ryzyko zużycia. Ponadto są odporne na wstrząsy i wibracje, dzięki czemu idealnie nadają się do wymagających środowisk, takich jak zastosowania w przemyśle lotniczym i obronnym.

Integracja żyroskopów światłowodowych w nawigacji inercyjnej

Inercyjne systemy nawigacji coraz częściej wykorzystują FOG ze względu na ich wysoką precyzję i niezawodność. Żyroskopy te zapewniają kluczowe pomiary prędkości kątowej wymagane do dokładnego określenia orientacji i położenia. Integrując FOG z istniejącymi systemami nawigacji inercyjnej, operatorzy mogą czerpać korzyści z zwiększonej dokładności nawigacji, szczególnie w sytuacjach, w których konieczna jest ekstremalna precyzja.

Zastosowania żyroskopów światłowodowych w nawigacji inercyjnej

Włączenie FOG rozszerzyło zastosowania inercyjnych systemów nawigacji w różnych dziedzinach. W lotnictwie i kosmonautyce systemy wyposażone w FOG oferują precyzyjne rozwiązania nawigacyjne dla samolotów, dronów i statków kosmicznych. Są również szeroko stosowane w nawigacji morskiej, badaniach geologicznych i zaawansowanej robotyce, dzięki czemu systemy te mogą działać z większą wydajnością i niezawodnością.

Różne warianty konstrukcyjne żyroskopów światłowodowych

Żyroskopy światłowodowe występują w różnych konfiguracjach strukturalnych, przy czym dominującą obecnie wkraczającą do sfery inżynierii jest żyroskopŻyroskop światłowodowy utrzymujący polaryzację w zamkniętej pętli. Sercem tego żyroskopu jestpętla światłowodowa utrzymująca polaryzację, składający się z włókien utrzymujących polaryzację i precyzyjnie zaprojektowanej ramy. Konstrukcja tej pętli obejmuje czterokrotnie symetryczną metodę nawijania, uzupełnioną unikalnym żelem uszczelniającym, tworząc cewkę pętli z włókna półprzewodnikowego.