מרכיב הליבה של הדרכה אינרציאלית:ג'ירוסקופ סיב אופטי

מבוא לגירוסקופים סיבים אופטיים

מערכות ניווט אינרציאליות מסתמכות במידה רבה על הדיוק והדיוק של מרכיבי הליבה שלהן. רכיב אחד כזה ששיפר משמעותית את היכולות של מערכות אלו הוא ה-Fiber Optic Gyroscope (FOG). FOG הוא חיישן קריטי הממלא תפקיד מרכזי במדידת המהירות הזוויתית של המוביל בדיוק יוצא דופן.

פעולת ג'ירוסקופ סיב אופטי

ערפלים פועלים על פי העיקרון של אפקט Sagnac, הכולל פיצול קרן לייזר לשני נתיבים נפרדים, המאפשרים לה לנוע בכיוונים מנוגדים לאורך לולאת סיבים אופטיים מפותלים. כאשר המנשא, המוטבע ב-FOG, מסתובב, ההבדל בזמן הנסיעה בין שתי הקורות הוא פרופורציונלי למהירות הזוויתית של סיבוב המנשא. עיכוב זמן זה, המכונה שינוי הפאזה של Sagnac, נמדד לאחר מכן במדויק, מה שמאפשר ל-FOG לספק נתונים מדויקים לגבי סיבוב המוביל.

העיקרון של גירוסקופ סיבים אופטיים כולל פליטת קרן אור מפוטו-גלאי. אלומת האור הזו עוברת דרך מצמד, נכנסת מקצה אחד ויוצאת מקצה אחר. לאחר מכן הוא עובר דרך לולאה אופטית. שתי אלומות אור, המגיעות מכיוונים שונים, נכנסות ללולאה ומשלימות סופרפוזיציה קוהרנטית לאחר שהן מסתובבות. האור החוזר נכנס מחדש לדיודה פולטת אור (LED), המשמשת לזיהוי עוצמתה. בעוד שהעיקרון של גירוסקופ סיבים אופטיים עשוי להיראות פשוט, האתגר המשמעותי ביותר טמון בביטול גורמים המשפיעים על אורך הנתיב האופטי של שתי אלומות האור. זהו אחד הנושאים הקריטיים ביותר העומדים בפני פיתוח גירוסקופים סיבים אופטיים.

1: דיודה על זוהר           2: דיודת photodetector

3. מצמד מקור אור           4.מצמד טבעת סיבים            5. טבעת סיב אופטי

היתרונות של גירוסקופים סיבים אופטיים

ערפלים מציעים מספר יתרונות שהופכים אותם לבעלי ערך רב במערכות ניווט אינרציאליות. הם ידועים בזכות הדיוק, האמינות והעמידות יוצאי הדופן שלהם. בניגוד לג'ירואים מכניים, לערפלים אין חלקים נעים, מה שמפחית את הסיכון לבלאי. בנוסף, הם עמידים בפני זעזועים ורעידות, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור סביבות תובעניות כגון יישומי תעופה וחלל והגנה.

שילוב של גירוסקופים סיבים אופטיים בניווט אינרציאלי

מערכות ניווט אינרציאליות משלבות יותר ויותר ערפלים בשל הדיוק והאמינות הגבוהים שלהן. ג'ירוסקופים אלה מספקים את מדידות המהירות הזוויתיות החיוניות הנדרשות לקביעה מדויקת של כיוון ומיקום. על ידי שילוב FOGs במערכות הניווט האינרטיות הקיימות, המפעילים יכולים להפיק תועלת משיפור דיוק הניווט, במיוחד במצבים שבהם יש צורך בדיוק קיצוני.

יישומים של גירוסקופים סיבים אופטיים בניווט אינרציאלי

הכללת FOG הרחיבה את היישומים של מערכות ניווט אינרציאליות על פני תחומים שונים. בחלל ובתעופה, מערכות המצוידות ב-FOG מציעות פתרונות ניווט מדויקים למטוסים, רחפנים וחלליות. הם נמצאים בשימוש נרחב גם בניווט ימי, סקרים גיאולוגיים ורובוטיקה מתקדמת, המאפשרים למערכות אלו לפעול בביצועים ובאמינות משופרים.

גרסאות מבניות שונות של גירוסקופים סיבים אופטיים

ג'ירוסקופים סיבים אופטיים מגיעים בתצורות מבניות שונות, כאשר הבולטת שנכנסת כרגע לתחום ההנדסה היאגירוסקופ סיבים אופטיים לשמירה על קיטוב בלולאה סגורה. הליבה של גירוסקופ זה הואלולאת סיבים לשמירה על קיטוב, הכוללת סיבים שומרי קיטוב ומסגרת מעוצבת במדויק. הבנייה של לולאה זו כוללת שיטת סיפוף סימטרית פי ארבעה, בתוספת ג'ל איטום ייחודי ליצירת סליל לולאת סיבים מוצקים.