Základní složka inerciálního navádění:Gyroskop s optickými vlákny

Úvod do gyroskopů s optickými vlákny

Inerciální navigační systémy se silně spoléhají na přesnost a preciznost svých klíčových komponent. Jednou z takových komponent, která výrazně rozšířila možnosti těchto systémů, je vláknový optický gyroskop (FOG). FOG je kritický senzor, který hraje klíčovou roli v měření úhlové rychlosti nosiče s pozoruhodnou přesností.

Provoz gyroskopu s optickými vlákny

FOGy fungují na principu Sagnacova jevu, který spočívá v rozdělení laserového paprsku na dvě samostatné dráhy, což mu umožňuje šířit se v opačných směrech podél spirálové smyčky z optických vláken. Když se nosič, ve kterém je FOG zabudován, otáčí, je rozdíl v době šíření mezi oběma paprsky úměrný úhlové rychlosti rotace nosiče. Toto časové zpoždění, známé jako Sagnacův fázový posun, je poté přesně změřeno, což umožňuje FOGu poskytovat přesná data o rotaci nosiče.

Princip vláknového gyroskopu spočívá ve vyzařování světelného paprsku z fotodetektoru. Tento světelný paprsek prochází vazebním členem, vstupuje z jednoho konce a vystupuje z druhého. Poté prochází optickou smyčkou. Do smyčky vstupují dva světelné paprsky přicházející z různých směrů a po oběhu vytvářejí koherentní superpozici. Vrácené světlo se vrací do světelné diody (LED), která se používá k detekci jeho intenzity. I když se princip vláknového gyroskopu může zdát přímočarý, nejvýznamnější výzvou je eliminace faktorů, které ovlivňují délku optické dráhy obou světelných paprsků. Toto je jeden z nejzásadnějších problémů, kterým čelí vývoj vláknových gyroskopů.

1: superluminiscenční dioda           2: fotodetektorová dioda

3. vazební člen zdroje světla           4.spojka z optických vláken            5. optický vláknový kroužek

Výhody gyroskopů s optickými vlákny

Gyroskopy typu FOG (Focus Intensity Overflow) nabízejí několik výhod, díky nimž jsou v inerciálních navigačních systémech neocenitelné. Jsou proslulé svou výjimečnou přesností, spolehlivostí a odolností. Na rozdíl od mechanických gyroskopů nemají FOG žádné pohyblivé části, což snižuje riziko opotřebení. Navíc jsou odolné vůči nárazům a vibracím, což je činí ideálními pro náročná prostředí, jako jsou letecký a obranný průmysl.

Integrace vláknových optických gyroskopů v inerciální navigaci

Inerciální navigační systémy stále častěji využívají gyroskopy typu „focus“ (stroje pro orientaci v terénu) kvůli jejich vysoké přesnosti a spolehlivosti. Tyto gyroskopy poskytují klíčová měření úhlové rychlosti potřebná pro přesné určení orientace a polohy. Integrací gyroskopů typu „focus“ do stávajících inerciálních navigačních systémů mohou operátoři těžit ze zlepšené přesnosti navigace, zejména v situacích, kdy je nutná extrémní přesnost.

Aplikace vláknových optických gyroskopů v inerciální navigaci

Začlenění FOG (flat-over-gate gear) rozšířilo aplikace inerciálních navigačních systémů v různých oblastech. V leteckém průmyslu a letectví nabízejí systémy vybavené FOG přesná navigační řešení pro letadla, drony a kosmické lodě. Jsou také hojně využívány v námořní navigaci, geologických průzkumech a pokročilé robotice, což umožňuje těmto systémům pracovat se zvýšeným výkonem a spolehlivostí.

Různé strukturální varianty vláknových optických gyroskopů

Gyroskopy s optickými vlákny se dodávají v různých strukturálních konfiguracích, přičemž v současnosti převládající vstupuje do oblasti inženýrstvígyroskop s optickými vlákny s uzavřenou smyčkou a udržováním polarizaceJádrem tohoto gyroskopu jesmyčka optických vláken udržující polarizaci, která se skládá z vláken udržujících polarizaci a přesně navržené konstrukce. Konstrukce této smyčky zahrnuje metodu čtyřnásobného symetrického navíjení, doplněnou unikátním těsnicím gelem, který tvoří cívku smyčky v pevné fázi.