Por que é chamado de giroscópio de fibra óptica?

Pontos-chave

• • Produto: Giroscópio de Fibra Óptica (FOG)

    Principais características:

    • Componentes: Sensor de estado sólido que utiliza fibra óptica para medições inerciais precisas.
    • Função: Utiliza o efeito SAGNAC para uma detecção precisa da taxa angular sem partes móveis.
    • Aplicações: Adequado para IMUs, INS, buscadores de mísseis, UAVs e robótica.
    • Fusão de Dados: Combina dados FOG com referências externas para aumentar a precisão e a estabilidade.
    • Conclusão: Os FOGs (giratórios de fibra óptica) proporcionam alta precisão e confiabilidade em tarefas de navegação, com desenvolvimentos futuros promissores em diversos setores.

Assim como o giroscópio a laser de anel, o giroscópio de fibra óptica apresenta as vantagens de não possuir partes móveis mecânicas, não necessitar de pré-aquecimento, ser insensível à aceleração, ter ampla faixa dinâmica, saída digital e tamanho reduzido. Além disso, o giroscópio de fibra óptica também supera as principais desvantagens do giroscópio a laser de anel, como o alto custo e o fenômeno de bloqueio.

O giroscópio de fibra óptica é um tipo de sensor de fibra óptica usado na navegação inercial.
Por não possuir partes móveis – um rotor de alta velocidade, denominado giroscópio de estado sólido – este novo giroscópio totalmente sólido se tornará o produto líder no futuro e apresenta um amplo leque de perspectivas de desenvolvimento e aplicação.

1. Classificação de giroscópios de fibra óptica

De acordo com o princípio de funcionamento, o giroscópio de fibra óptica pode ser dividido em giroscópio de fibra óptica interferométrico (I-FOG), giroscópio de fibra óptica ressonante (R-FOG) e giroscópio de fibra óptica com espalhamento Brillouin estimulado (B-FOG). Atualmente, o giroscópio de fibra óptica mais consolidado é o giroscópio de fibra óptica interferométrico (ou seja, a primeira geração de giroscópios de fibra óptica), que é o mais amplamente utilizado. Ele utiliza bobinas de fibra óptica com múltiplas espiras para intensificar o efeito SAGNAC. Um interferômetro de anel de feixe duplo, composto por bobinas de fibra óptica monomodo com múltiplas espiras, pode proporcionar alta precisão, mas também inevitavelmente tornará a estrutura geral mais complexa.
Os giroscópios de fibra óptica são divididos em giroscópios de fibra óptica de anel aberto e giroscópios de fibra óptica de circuito fechado, de acordo com o tipo de circuito. O giroscópio de fibra óptica de circuito aberto, sem realimentação, detecta diretamente a saída óptica, dispensando muitas estruturas ópticas e de circuito complexas. Apresenta como vantagens a estrutura simples, o baixo custo, a alta confiabilidade e o baixo consumo de energia. A desvantagem reside na baixa linearidade de entrada-saída e na pequena faixa dinâmica, sendo utilizado principalmente como sensor de ângulo. A estrutura básica de um giroscópio de fibra óptica interferométrico de circuito aberto é um interferômetro de anel de feixe duplo. É utilizado principalmente em aplicações onde a precisão não é um requisito e o volume é reduzido.

2. Situação atual e futuro do giroscópio de fibra óptica

Com o rápido desenvolvimento do giroscópio de fibra óptica, muitas grandes empresas, especialmente as de equipamentos militares, investiram enormes recursos financeiros em seu estudo. As principais empresas de pesquisa dos Estados Unidos, Japão, Alemanha, França, Itália e Rússia já concluíram a industrialização de giroscópios de baixa e média precisão, e os Estados Unidos mantêm a liderança nessa área de pesquisa.
O desenvolvimento de giroscópios de fibra óptica ainda se encontra em um nível relativamente atrasado em nosso país. De acordo com o nível de desenvolvimento, o desenvolvimento de giroscópios é dividido em três escalões: o primeiro escalão é composto pelos Estados Unidos, Reino Unido e França, que possuem todas as capacidades de pesquisa e desenvolvimento em giroscópios e navegação inercial; o segundo escalão é composto principalmente pelo Japão, Alemanha e Rússia; a China está atualmente no terceiro escalão. A pesquisa de giroscópios de fibra óptica na China começou relativamente tarde, mas com os esforços da maioria dos pesquisadores científicos, a diferença entre nós e os países desenvolvidos vem diminuindo gradualmente.
Atualmente, a cadeia produtiva de giroscópios de fibra óptica na China está completa, com fabricantes presentes em todos os níveis da cadeia. A precisão dos giroscópios de fibra óptica atingiu os requisitos de sistemas de navegação inercial de média e baixa precisão. Embora o desempenho ainda seja relativamente inferior, não representa um gargalo como ocorre com os chips.
O desenvolvimento futuro do giroscópio de fibra óptica se concentrará nos seguintes aspectos:
(1) Alta precisão. Maior precisão é um requisito inevitável para que o giroscópio de fibra óptica substitua o giroscópio a laser na navegação avançada. Atualmente, a tecnologia de giroscópio de fibra óptica de alta precisão não está totalmente madura.
(2) Alta estabilidade e anti-interferência. A alta estabilidade a longo prazo também é uma das direções de desenvolvimento do giroscópio de fibra óptica, que pode manter a precisão de navegação por um longo período em ambientes adversos, sendo este um requisito do sistema de navegação inercial para giroscópios. Por exemplo, em casos de alta temperatura, terremotos fortes, campos magnéticos intensos, etc., o giroscópio de fibra óptica também deve ter precisão suficiente para atender aos requisitos dos usuários.
(3) Diversificação de produtos. É necessário desenvolver produtos com diferentes níveis de precisão e para diferentes necessidades. Diferentes usuários têm diferentes requisitos de precisão de navegação, e a estrutura do giroscópio de fibra óptica é simples, sendo necessário ajustar apenas o comprimento e o diâmetro da bobina para alterar a precisão. Nesse aspecto, ele supera os giroscópios mecânicos e a laser, e seus diferentes níveis de precisão são mais fáceis de serem obtidos, o que é um requisito inevitável para a aplicação prática do giroscópio de fibra óptica.
(4) Escala de produção. A redução de custos também é uma das pré-condições para que o giroscópio de fibra óptica seja aceito pelos usuários. A escala de produção de vários componentes pode promover efetivamente a redução dos custos de produção, especialmente para giroscópios de fibra óptica de média e baixa precisão.

3. Resumo