Почему его называют волоконно-оптическим гироскопом?

Ключевые моменты

Продукт: волоконно-оптический гироскоп (FOG).

Ключевые особенности:

• Компоненты: твердотельный датчик, использующий оптоволокно для высокоточных инерциальных измерений.
• Функция: использует эффект Саньяка для точного измерения угловой скорости без подвижных механических частей.
• Применение: подходит для ИМУ, ИНС, головок самонаведения ракет, БПЛА и робототехники.
• Интеграция данных: совмещает данные FOG с внешними опорными источниками для повышения точности и устойчивости.
• Вывод: FOG обеспечивает высокую точность и надежность в навигационных задачах и имеет хорошие перспективы развития в различных отраслях.

Как и кольцевой лазерный гироскоп, волоконно-оптический гироскоп обладает преимуществами отсутствия механических подвижных частей, отсутствия времени на предварительный прогрев, нечувствительности к ускорению, широкого динамического диапазона, цифрового выхода и небольших габаритов. Кроме того, волоконно-оптический гироскоп также устраняет такие критические недостатки кольцевого лазерного гироскопа, как высокая стоимость и явление захвата.

Волоконно-оптический гироскоп представляет собой разновидность оптоволоконного датчика, используемого в инерциальной навигации.

Поскольку в нем отсутствуют движущиеся части, такие как высокоскоростной ротор, его называют твердотельным гироскопом. Этот новый полностью твердотельный гироскоп в будущем станет одним из ведущих продуктов и имеет широкие перспективы развития и применения.

1. Классификация волоконно-оптических гироскопов

Согласно принципу работы волоконно-оптические гироскопы можно разделить на интерферометрические волоконно-оптические гироскопы (I-FOG), резонансные волоконно-оптические гироскопы (R-FOG) и волоконно-оптические гироскопы на стимулированном рассеянии Бриллюэна (B-FOG). В настоящее время наиболее зрелым является интерферометрический волоконно-оптический гироскоп, то есть первое поколение волоконно-оптических гироскопов, которое и применяется наиболее широко. Он использует многовитковую волоконную катушку для усиления эффекта Саньяка. Двухлучевой кольцевой интерферометр, сформированный многовитковой катушкой одномодового волокна, обеспечивает высокую точность, но неизбежно делает общую конструкцию более сложной.

По типу контура волоконно-оптические гироскопы делятся на разомкнутые и замкнутые. Разомкнутый волоконно-оптический гироскоп не использует обратную связь и напрямую регистрирует оптический выход, что позволяет сократить количество сложных оптических и электрических схем. Он обладает преимуществами простой конструкции, низкой стоимости, высокой надежности и малого энергопотребления. Его недостатки заключаются в плохой линейности вход-выход и небольшом динамическом диапазоне, поэтому он в основном используется как датчик угла. Базовая структура разомкнутого интерферометрического волоконно-оптического гироскопа представляет собой кольцевой двухлучевой интерферометр. Такой тип в основном применяется в случаях, когда требования к точности невысоки, а размеры должны быть небольшими.

2. Текущее состояние и будущее волоконно-оптического гироскопа

С быстрым развитием волоконно-оптических гироскопов многие крупные компании, особенно предприятия военного оборудования, вложили значительные финансовые ресурсы в их исследование. Основные исследовательские компании сосредоточены в США, Японии, Германии, Франции, Италии и России; низко- и среднеточные гироскопы уже прошли индустриализацию, а Соединенные Штаты сохраняют лидирующие позиции в этой области исследований.

Развитие волоконно-оптических гироскопов в нашей стране пока остается на сравнительно отстающем уровне. По уровню развития гироскопические технологии можно разделить на три эшелона: к первому эшелону относятся США, Великобритания и Франция, обладающие полными возможностями разработки гироскопов и инерциальной навигации; ко второму эшелону в основном относятся Япония, Германия и Россия; Китай в настоящее время находится в третьем эшелоне. Исследования волоконно-оптических гироскопов в Китае начались относительно поздно, но благодаря усилиям большого числа научных работников разрыв с развитыми странами постепенно сокращается.

В настоящее время промышленная цепочка волоконно-оптических гироскопов в Китае уже сформирована, и производителей можно найти как в верхнем, так и в нижнем звене отрасли. Точность разработки волоконно-оптических гироскопов достигла требований, предъявляемых к инерциальным навигационным системам средней и низкой точности. Хотя общая производительность пока уступает лучшим мировым образцам, отрасль не сталкивается с узким местом, подобным проблеме микросхем.

Будущее развитие волоконно-оптических гироскопов будет сосредоточено на следующих направлениях:

(1) Высокая точность. Повышение точности является неизбежным требованием для замены лазерных гироскопов в передовой навигации. В настоящее время технология высокоточных волоконно-оптических гироскопов еще не полностью созрела.

(2) Высокая стабильность и помехоустойчивость. Долговременная высокая стабильность также является одним из направлений развития волоконно-оптических гироскопов. Способность сохранять навигационную точность в тяжелых условиях является требованием инерциальных навигационных систем к гироскопам. Например, при высокой температуре, сильных землетрясениях, сильных магнитных полях и в других экстремальных условиях волоконно-оптический гироскоп должен сохранять достаточную точность для удовлетворения требований пользователей.

(3) Диверсификация продукции. Необходимо разрабатывать изделия с различной точностью под разные потребности. Разным пользователям требуется разная навигационная точность, а конструкция волоконно-оптического гироскопа относительно проста: для изменения точности требуется лишь изменить длину и диаметр катушки. В этом отношении он имеет преимущество перед механическими и лазерными гироскопами, а изделия разной точности реализуются легче, что отвечает неизбежным требованиям практического применения.

(4) Масштабирование производства. Снижение стоимости также является одним из предварительных условий принятия волоконно-оптических гироскопов пользователями. Массовое производство различных компонентов эффективно способствует снижению себестоимости, особенно для волоконно-оптических гироскопов средней и низкой точности.

3. Краткое резюме

Стабильность нулевого смещения волоконно-оптического гироскопа F50 составляет 0,1~0,3º/ч, а стабильность нулевого смещения F60 составляет 0,05~0,2º/ч. Области их применения в целом совпадают: они могут использоваться в малых ИМУ, ИНС, сервосистемах слежения головок самонаведения ракет, оптико-электронных подвесах, БПЛА и других областях. Если вам нужны более подробные технические данные, пожалуйста, свяжитесь с нами.