Efeito Sagnac

Explore o impacto da deriva térmica em giroscópios de fibra óptica (FOGs), métodos eficazes de compensação e resultados experimentais. Aprenda como modelos polinomiais de terceira ordem melhoram a precisão em 75%.Os giroscópios de fibra óptica (FOGs), como um novo tipo de instrumento de medição de taxa angular de alta precisão, têm sido amplamente utilizados em aplicações militares, comerciais e civis devido ao seu tamanho compacto, alta confiabilidade e longa vida útil, demonstrando amplas perspectivas de desenvolvimento. No entanto, quando as temperaturas de operação flutuam, seus sinais de saída apresentam deriva, afetando significativamente a precisão da medição e limitando seu escopo de aplicação. Portanto, o estudo dos padrões de deriva dos FOGs e a implementação da compensação de erros tornaram-se um desafio crítico para aumentar sua adaptabilidade em ambientes com temperaturas variáveis.Mecanismos dos efeitos da temperatura em giroscópios de fibra ópticaOs giroscópios ópticos de fibra (FOGs) são baseados no efeito Sagnac e compostos por uma fonte de luz, um fotodetector, um divisor de feixe e uma bobina de fibra. A temperatura afeta a precisão do giroscópio, interferindo no desempenho dos componentes internos.Bobina de fibra: Como componente central, a bobina de fibra gera o efeito Sagnac ao girar em relação ao espaço inercial. Perturbações de temperatura interrompem a reciprocidade estrutural do FOG, levando a erros de diferença de fase.Fotodetector: Variações na temperatura ambiente introduzem ruído significativo no detector e produzem uma corrente escura dependente da temperatura. A resistência de carga do detector também é afetada pela temperatura.Fonte de luz: O desempenho da fonte de luz em diferentes temperaturas está intimamente relacionado à precisão do deslocamento de fase de Sagnac. Variações na potência de saída, no comprimento de onda médio e na largura espectral sob diferentes temperaturas influenciam ainda mais o sinal de saída do giroscópio.Métodos existentes para compensação da deriva de temperaturaAtualmente, existem três métodos principais para mitigar a deriva de temperatura:Dispositivos de controle de temperatura por hardware: A adição de sistemas de controle de temperatura localizados em FOGs pode compensar erros de temperatura em tempo real. No entanto, isso aumenta o volume e o peso, entrando em conflito com a tendência de miniaturização.Modificações na estrutura mecânica: Técnicas como o método de enrolamento quadrupolar garantem efeitos simétricos da temperatura na bobina de fibra, reduzindo a interferência não recíproca. No entanto, a deriva residual ainda afeta a detecção da taxa angular.Compensação por Modelagem de Software: O desenvolvimento de modelos de temperatura para compensação economiza espaço e reduz custos, tornando-se o método mais utilizado na prática da engenharia.Experimentos de temperatura e análise de modelagemDelineamento ExperimentalOs testes foram realizados em três faixas de temperatura:0°C a 20°C-40°C a -20°C40°C a 60°CA temperatura inicial da câmara térmica foi definida, mantida por 4 horas e, em seguida, ajustada a uma taxa de 5 °C/h. Os dados de saída do giroscópio foram registrados. O sistema de teste é mostrado na Figura 1, com um intervalo de amostragem de 1 segundo e dados suavizados ao longo de 100 segundos.Principais conclusõesA análise das curvas de saída revelou:O sinal do giroscópio apresentou oscilações significativas com as mudanças de temperatura.A curva de saída seguiu as mesmas tendências ascendentes ou descendentes que a curva da taxa de temperatura.A deriva da temperatura estava intimamente relacionada à temperatura interna e à sua taxa de variação.Modelo de RemuneraçãoFoi desenvolvido um modelo de compensação polinomial de terceira ordem, incorporando os seguintes fatores:Modelo do fator de temperatura:Lout=L0+∑i=13ai(T−T0)i+∑j=13bjTjLout​=L0​+i=1∑3​ai​(T−T0​)i+j=1∑3​bj​Tj​Após a compensação, a estabilidade do viés atingiu 0,0200°/h.Modelo de taxa de temperatura:A introdução do termo de taxa de temperatura melhorou a estabilidade do viés para 0,0163°/h.Modelo abrangente:Ao considerar tanto a temperatura quanto sua taxa de variação, a estabilidade do viés melhorou significativamente para 0,0055°/h, alcançando uma redução de 77% no erro.Resultados de Remuneração SegmentadaForam aplicados diferentes parâmetros para compensação em diversas faixas de temperatura, com os seguintes resultados:Eixo giroscópicoFaixa de temperaturaErro de pré-compensação (°/h)Erro pós-compensação (°/h)Percentagem de redução de errosEixo X0°C a 20°C0,025040,0051879% -40°C a -20°C0,024040,0055077% 40°C a 60°C0,023290,0060374%Eixo Y0°C a 20°C0,023070,0059174% -40°C a -20°C0,025350,0060276% 40°C a 60°C0,029470,0056280%Eixo Z0°C a 20°C0,018770,0049574% -40°C a -20°C0,020250,0064973% 40°C a 60°C0,014130,0060058%Após a compensação, a amplitude de oscilação das curvas de saída foi significativamente suprimida, tornando-se mais estável. A redução média do erro nas três faixas de temperatura foi de aproximadamente 75%.Conclusão e perspectivasO modelo proposto de compensação de temperatura de polarização de terceira ordem, que considera a temperatura atual, o desvio de temperatura inicial e a taxa de variação da temperatura, demonstrou experimentalmente melhorar efetivamente os sinais de saída do giroscópio e aumentar significativamente a precisão. Este método pode ser aplicado aos modelos FOG da Micro-Magic, como U-F3X80, U-F3X90, U-F3X100, U-F100A e U-F300.No entanto, as pesquisas atuais ainda apresentam limitações, como histórico de temperatura descontínuo e cobertura insuficiente da amostra. Trabalhos futuros devem se concentrar no desenvolvimento de métodos de compensação para a deriva de temperatura em toda a faixa de temperatura. Para aplicações de engenharia, a modelagem computacional da compensação demonstra grande potencial como uma solução de baixo custo para equilibrar precisão e praticidade. U-F3X90Seja qual for a sua necessidade, a Micro-Magic está ao seu lado.U-F3X100Seja qual for a sua necessidade, a Micro-Magic está ao seu lado.U-F100ASeja qual for a sua necessidade, a Micro-Magic está ao seu lado.--

Explore os princípios de funcionamento, as aplicações militares/civis e as perspectivas de mercado dos giroscópios de fibra óptica (FOGs) de nível tático. Conheça os principais produtos, como o GF-3G70 e o GF-3G90, e descubra seu papel nos setores aeroespacial, de drones e muito mais.1.IntroduçãoNo campo da navegação inercial moderna, os giroscópios de fibra óptica (FOGs) tornaram-se um dos dispositivos mais utilizados devido às suas vantagens exclusivas. Hoje, vamos explorar os princípios de funcionamento, o estado atual do mercado e as aplicações típicas dessa tecnologia, com foco especial nas características de desempenho dos giroscópios de fibra óptica de nível tático.2.Princípios de funcionamento dos giroscópios de fibra ópticaUm giroscópio de fibra óptica é um sensor de fibra óptica totalmente de estado sólido baseado no efeito Sagnac. Seu componente principal é uma bobina de fibra óptica, onde a luz emitida por um diodo laser se propaga em duas direções ao longo da bobina. Quando o sistema gira, os caminhos de propagação dos dois feixes de luz produzem uma diferença. Medindo essa diferença de caminho óptico, o deslocamento angular do componente sensível pode ser determinado com precisão.Em termos simples, imagine emitir dois feixes de luz em direções opostas em uma pista circular. Quando a pista está parada, os dois feixes retornam ao ponto de partida simultaneamente. No entanto, se a pista girar, a luz que se move na direção oposta à rotação percorrerá uma distância maior do que o outro feixe. O giroscópio de fibra óptica calcula o ângulo de rotação medindo essa pequena diferença.3.Classificação técnica e situação do mercadoCom base em seus métodos de funcionamento, os giroscópios de fibra óptica podem ser divididos em:Giroscópio de fibra óptica interferométrico (I-FOG)Giroscópio de fibra óptica ressonante (R-FOG)Giroscópio de fibra óptica com espalhamento Brillouin (B-FOG)Em termos de níveis de precisão, incluem-se:nível tático básicoQualidade tática de alta gamaGrau de navegaçãoGrau de precisãoAtualmente, o mercado de giroscópios de fibra óptica apresenta características de dupla utilização para aplicações militares e civis:Aplicações militares: Controle de atitude para jatos de combate/mísseis, navegação de tanques, medição de rumo de submarinos, etc.Aplicações civis: navegação de carros/aeronaves, medição de pontes, perfuração de petróleo, etc.Vale ressaltar que os giroscópios de fibra óptica de precisão média a alta são usados ​​principalmente em equipamentos militares de ponta, como os aeroespaciais, enquanto os produtos de baixo custo e baixa precisão são amplamente aplicados em áreas civis, como exploração de petróleo, controle de atitude de aeronaves agrícolas e robótica.4.Desafios técnicos e tendências de desenvolvimentoA chave para alcançar giroscópios de fibra óptica de alta precisão reside em:1.Estudar o impacto de dispositivos ópticos e ambientes físicos no desempenho.2.Supressão do ruído de intensidade relativa.Com o avanço da tecnologia de integração optoeletrônica e das fibras ópticas especiais, os giroscópios de fibra óptica estão evoluindo rapidamente em direção à miniaturização e à redução de custos. Giroscópios de fibra óptica integrados, de alta precisão e miniaturizados se tornarão a norma no futuro.5.Produtos recomendados de giroscópio de fibra óptica de nível táticoTomando como exemplo os produtos da Micro-Magic Company, seus giroscópios de fibra óptica de nível tático caracterizam-se por precisão média, baixo custo e longa vida útil, oferecendo vantagens significativas de preço no mercado. Abaixo, dois produtos populares:GF-3G70Características de desempenho:Estabilidade do viés: 0,02~0,05°/hAplicações típicas:Módulos eletro-ópticos/plataformas de controle de vooSistemas de Navegação Inercial (INS)/Unidades de Medição Inercial (IMU)Dispositivos de estabilização de plataformaSistemas de posicionamentoBuscadores do NorteGF-3G90Características de desempenho:Maior estabilidade de polarização: 0,006~0,015°/hLonga vida útil, alta confiabilidadeAplicações típicas:controle de voo do UAVMapeamento e medição inercial orbitalCápsulas eletro-ópticasestabilizadores de plataforma6.ConclusãoA tecnologia de giroscópios de fibra óptica possui significativa importância estratégica para o desenvolvimento industrial, de defesa e tecnológico de um país. Com os avanços tecnológicos e a expansão dos cenários de aplicação, os giroscópios de fibra óptica desempenharão um papel crucial em mais áreas. Produtos de nível tático, com sua excelente relação custo-benefício, estão ganhando ampla aplicação tanto no mercado militar quanto no civil.G-F3G70Giroscópio de fibra óptica triaxialG-F70ZKPrecisão média e altaGiroscópio de fibra ópticaG-F3G90Giroscópio de fibra óptica triaxial--