ژیروسکوپ‌های لیزری حلقوی و ژیروسکوپ‌های فیبر نوری: اصول، انواع و مقایسه عملکرد

سیستم‌های ناوبری اینرسی مدرن به شدت به حسگرهای چرخش با دقت بالا متکی هستند. در میان آن‌ها، عالی و ژیروسکوپ فیبر نوری (FOG) به دلیل پایداری، دقت و قابلیت اطمینان، پرکاربردترین هستند.

این مقاله مروری واضح بر نحوه عملکرد این ژیروسکوپ‌ها، طبقه‌بندی‌های مختلف ژیروسکوپ‌های فیبر نوری و مقایسه عملکرد آن‌ها در سطح بین‌المللی ارائه می‌دهد.

1. ژیروسکوپ لیزری حلقوی (RLG) چیست؟

نام علمی ژیروسکوپ لیزری، لیزر حلقوی است.
اصطلاح شناخته شده بین‌المللی آن، عالی است.

RLG اساساً یک لیزر He-Ne (هلیوم-نئون) با یک محفظه حلقه بسته است.
در داخل محفظه، دو پرتو لیزر در جهت مخالف منتشر می‌شوند. هنگامی که سیستم می‌چرخد، طول مسیرهای نوری نامتقارن تغییر می‌کند و در نتیجه اختلاف فرکانس قابل اندازه‌گیری ایجاد می‌شود.

این مکانیسم فیزیکی به عنوان اثر ساگناک  شناخته می‌شود - همان اصلی که در تمام ژیروسکوپ‌های نوری استفاده می‌شود.

چرا RLG ها مهم هستند

ژیروسکوپ فیبر نوری حلقه بسته

دقت بسیار بالا

پایداری طولانی مدت استثنایی

توسعه یافته و در کاربردهای هوافضا و دفاعی اثبات شده است

2. ژیروسکوپ‌های فیبر نوری (FOG): انواع و اصول اندازه‌گیری

ژیروسکوپ‌های فیبر نوری نیز به اثر ساگناک متکی هستند، اما به جای محفظه لیزر، نور از طریق یک سیم پیچ بلند از فیبر نوری عبور می‌کند.

FOG ها را می‌توان به سه نوع اصلی تقسیم کرد:

2.1 ژیروسکوپ فیبر نوری تشدید کننده (RFOG)

2.3 ژیروسکوپ فیبر نوری پراکندگی بریلوئن (BFOG)فرکانس بین پرتوهای متقابل را اندازه‌گیری می‌کند

از یک محفظه نوری تشدید کننده استفاده می‌کند

پتانسیل دقت بسیار بالا

برای سیستم‌های ناوبری نسل بعدی ترجیح داده می‌شود

2.2 ژیروسکوپ فیبر نوری تداخل‌سنجی (IFOG)

2.3 ژیروسکوپ فیبر نوری پراکندگی بریلوئن (BFOG)اختلاف

را اندازه‌گیری می‌کند

در حال حاضر بالغ‌ترین و پرکاربردترین نوع است

قابلیت اطمینان بالا و نسبت هزینه به عملکرد خوب

2.3 ژیروسکوپ فیبر نوری پراکندگی بریلوئن (BFOG)اختلاف

فاز

را اندازه‌گیری می‌کند

از اثرات پراکندگی بریلوئن در فیبر نوری استفاده می‌کند

مناسب برای کاربردهای با دقت بالا

3. معماری FOG حلقه باز در مقابل حلقه بسته

ژیروسکوپ فیبر نوری حلقه باز

طراحی نسبتاً ساده

محدوده دینامیکی کوچک

خطی بودن ضریب مقیاس ضعیف

دقت کمتر

بهترین گزینه برای کاربردهای حساس به هزینه یا با عملکرد متوسط.

ژیروسکوپ فیبر نوری حلقه بسته

طراحی پیچیده‌تر

محدوده دینامیکی بزرگ

خطی بودن ضریب مقیاس عالی

دقت بالا

عالی

بسیار بالا

0.01–0.001 درجه در ساعتچین (داخلی):

دقت RLG: >5 ppm

پایداری بایاس:

0.01–0.001 درجه در ساعت بین‌المللی (سطح بالا):

دقت RLG: <1 ppm

پایداری بایاس:

0.0001 درجه در ساعت

این مشخصات، RLG های پیشرفته خارجی را در میان دقیق‌ترین حسگرهای اینرسی موجود در جهان قرار می‌دهد.

6. خلاصههر دو ژیروسکوپ لیزری حلقوی و ژیروسکوپ‌های فیبر نوری اجزای ضروری ناوبری اینرسی با عملکرد بالا هستند. تفاوت‌های آن‌ها را می‌توان به این صورت خلاصه کرد:

RLG ها دقت برتر و پایداری طولانی مدت را ارائه می‌دهند و آن‌ها را برای هوافضا و سیستم‌های استراتژیک ایده‌آل می‌کند.

FOG ها یک رویکرد انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر با معماری‌های متعدد (IFOG، RFOG، BFOG) متناسب با سطوح عملکرد مختلف ارائه می‌دهند.

FOG های حلقه بسته