giroscópio de fibra óptica tornou-se o componente principal preferido para alta precisão e alta confiabilidade. sistemas de navegação inercial Devido às suas vantagens significativas, como o design totalmente em estado sólido, a ausência de partes móveis, a inicialização rápida, a longa vida útil, a ampla faixa dinâmica e a forte resistência a impactos e vibrações, os giroscópios de fibra óptica se destacam por seu desempenho excepcional. No entanto, por trás do excelente desempenho dos giroscópios de fibra óptica está o seu processo de fabricação extremamente preciso e complexo. Desde a seleção e o processamento de fibras ópticas especializadas, o acoplamento e o alinhamento de componentes ópticos de precisão, até o enrolamento e a cura precisos da bobina sensora central, e ainda a integração de sistemas eletrônicos complexos e a implementação de sofisticados algoritmos de compensação ambiental – cada etapa de produção incorpora a cristalização da ciência de materiais de ponta, da engenharia óptica de precisão, da tecnologia microeletrônica e da teoria de controle avançada. Mesmo o menor desvio durante o processo de fabricação pode ter um impacto decisivo na precisão, estabilidade e confiabilidade do produto final.
A seguir, apresentamos uma introdução detalhada ao processo de produção do giroscópio de fibra óptica.
1. Fabricação de anéis de fibra óptica
O componente principal de um giroscópio de fibra óptica é o anel de fibra, e seu processo de fabricação é crucial. Primeiramente, fibras ópticas de alta qualidade precisam ser selecionadas e enroladas em formato de anel por meio de processos de enrolamento precisos. Durante esse processo, é necessário controlar rigorosamente a tensão das fibras ópticas, o diâmetro e a densidade do anel enrolado para garantir o desempenho e a estabilidade do mesmo. Após o enrolamento, é realizada a aplicação e cura de um adesivo para fixação do formato. Posteriormente, o anel de fibra óptica precisa passar por um processo de envelhecimento por ciclos térmicos para eliminar a tensão residual interna e aumentar a estabilidade mecânica por meio de um revestimento epóxi.
2. Integração de Dispositivos Ópticos
Após a fabricação do anel de fibra óptica, ele precisa ser montado com precisão junto a outros componentes ópticos. Isso inclui principalmente a montagem de moduladores de guia de onda em Y e a integração de fontes de luz e detectores para garantir percursos ópticos suaves e estáveis. Além disso, é necessário realizar testes de desempenho rigorosos nos componentes montados para assegurar que atendam aos requisitos do projeto.
3. Construção de sistema de circuito
A construção de sistemas de circuitos inclui o projeto de circuitos de processamento de sinal e circuitos de realimentação em malha fechada. O FPGA atua como processador central para gerar sinais de modulação de onda quadrada/dente de serra para acionar o guia de onda Y, polarizar o ponto de operação na área sensível e calcular a diferença de fase (Δφ) do sinal de interferência emitido pelo detector, que é convertida em velocidade angular (Ω). A diferença de fase de Sagnac é compensada dinamicamente por meio de controle digital em malha fechada para melhorar a linearidade e a faixa dinâmica.
4. Montagem e teste da máquina completa
Após a conclusão da fabricação dos anéis de fibra óptica, componentes ópticos e placas de circuito impresso, a próxima etapa é a montagem geral. Este processo inclui encapsulamento para adaptação ambiental, calibração e compensação de desempenho. As unidades ópticas e eletrônicas são seladas dentro de uma blindagem metálica para isolar variações de temperatura e umidade, bem como interferências eletromagnéticas. Produtos de nível militar utilizam blindagens de liga de titânio para aumentar a resistência a impactos. Posteriormente, uma série de testes e calibrações foram realizados no giroscópio de fibra óptica, incluindo calibração de polarização zero, compensação de temperatura e testes de limiar, para garantir que todos os indicadores de desempenho atendam aos requisitos esperados.
As principais dificuldades no processo de fabricação de giroscópios de fibra óptica incluem principalmente o seguinte:
1. Enrolamento de precisão de bobinas de fibra óptica
A tensão gerada durante o processo de enrolamento das bobinas de fibra óptica pode causar erros de polarização. A solução é utilizar fibras que preservem a polarização e adotar um processo de enrolamento simétrico.
2. Embalagem e interconexão de chips ópticos integrados (guias de onda Y)
Os guias de onda em Y são os principais dispositivos ópticos integrados multifuncionais dos FOGs (Guias de Onda de Fibra Óptica). Durante o processo de encapsulamento e interconexão, a precisão de alinhamento do eixo óptico é extremamente alta. A solução para essa dificuldade é utilizar um sistema de alinhamento ativo e uma máquina de fusão com preservação de polarização.
3. deriva de temperatura
As variações de temperatura podem causar deriva de fase no giroscópio, afetando a precisão das medições. A solução é utilizar despolarizadores de múltiplos estágios e adotar algoritmos de compensação de temperatura segmentados para eliminar o impacto da deriva térmica.
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