Projeto de uma Unidade de Medição Inercial (IMU) miniaturizada com giroscópio de fibra óptica: solução de alta precisão e baixo consumo de energia.

Descubra o design inovador de uma IMU miniaturizada com giroscópio de fibra óptica (FOG), que oferece alta precisão, baixo consumo de energia e redundância para aplicações aeroespaciais, de navegação e industriais. Saiba mais sobre suas vantagens técnicas e desempenho.

1. Visão geral

Com a crescente demanda por sistemas de navegação inercial em aplicações aeroespaciais, de navegação de alta precisão e industriais, a miniaturização, o baixo consumo de energia e a alta confiabilidade tornaram-se indicadores-chave. Este artigo apresenta uma solução de projeto inovadora para uma IMU (Unidade de Medição Inercial) miniaturizada baseada em giroscópio de fibra óptica (FOG), fruto de 40 anos de experiência na tecnologia FOG, e verifica seu excelente desempenho por meio de validação em engenharia.

2. Fundamentos Técnicos

O giroscópio de fibra óptica (FOG) mede a velocidade angular usando o efeito Sagnac. Desde a sua introdução em 1976, o FOG tem gradualmente substituído os giroscópios mecânicos e a laser tradicionais devido à sua estrutura de estado sólido, alta confiabilidade e rápida inicialização.

3. Projeto da Arquitetura do Sistema

Este sistema IMU consiste em dois componentes principais: o módulo IMU e o circuito IMU. O módulo inclui quatro FOGs e quatro acelerômetros de flexão de quartzo, utilizando uma estrutura 4S. Qualquer combinação de três eixos permite a medição tridimensional da velocidade e aceleração angulares, com redundância de 1 grau de liberdade para melhorar a tolerância a falhas.
O sistema de circuitos inclui o circuito de interface principal/de reserva e o módulo de gerenciamento de energia. A interface principal/de reserva fornece alimentação de reserva (a frio e a quente) e é responsável por adquirir sinais dos sensores e comunicar-se com o sistema de navegação, além de fornecer energia secundária. O módulo de gerenciamento de energia controla independentemente a alimentação (ligar/desligar) de cada sensor de canal, aprimorando a integração do sistema e as capacidades de regulação de energia.

4. Otimização de Dispositivos e Circuitos Principais

O projeto miniaturizado de gerenciamento de energia, que utiliza o circuito de interface LSMEU01 baseado em encapsulamento SIP e relés de travamento magnético, reduz o volume de todo o circuito da IMU em aproximadamente 50% e controla o peso para 0,778 kg. O acelerômetro adota uma estratégia de compensação de temperatura baseada em parâmetros combinados, otimizando o consumo de energia de um único canal para 0,9 W, reduzindo efetivamente a carga térmica total.
Indicadores de desempenho
Peso total: 850g
Estrutura: Configuração redundante com 4 FOGs + 4 acelerômetros
Ambientes de aplicação: Aeroespacial, perfuração, levantamento topográfico, plataformas de comunicação dinâmica e outros cenários com requisitos rigorosos de tamanho, potência e desempenho.

5. Perspectivas Futuras

Este projeto passou por testes integrados em diversos sistemas típicos e demonstra desempenho estável e confiável. Sendo uma das menores IMUs FOG do mercado, a U-F3X90 é adequada para aplicações como Sistemas de Referência de Atitude e Direção (AHRS), sistemas de controle de voo, plataformas de navegação por fusão inercial/satélite e equipamentos industriais de alta dinâmica. Ela oferece uma solução de alta precisão e baixo consumo de energia para diversas aplicações de ponta.