¿Cómo reducir la sensibilidad magnética de la IMU FOG? Guía completa de tecnologías clave y estrategias de optimización.
Aprenda a reducir la sensibilidad magnética en las IMU FOG con técnicas avanzadas como la despolarización, el apantallamiento magnético y la compensación de errores. Descubra soluciones de alta precisión para sistemas de aviación y navegación.
En las unidades de medición inercial (IMU) de alta precisión, el giroscopio de fibra óptica (FOG) es uno de los componentes principales, y su rendimiento es crucial para el posicionamiento y la percepción de la actitud de todo el sistema. Sin embargo, debido a... efecto Faraday de la bobina de fibra óptica, FOG es extremadamente sensible a las anomalías del campo magnético, lo que conduce directamente a la degradación de su rendimiento de polarización cero y deriva, afectando así la precisión general de la IMU.
Entonces, ¿cómo se genera la sensibilidad magnética de la IMU de FOG? ¿Y cómo se puede suprimir esta influencia eficazmente? Este artículo analizará en profundidad las vías técnicas para reducir la sensibilidad magnética de FOG desde la perspectiva teórica hasta la práctica de la ingeniería.
La sensibilidad del FOG a los campos magnéticos se debe al efecto Faraday: cuando la luz polarizada linealmente atraviesa un material, bajo la influencia de un campo magnético, su plano de polarización rota. En la estructura de interferencia de anillo de Sagnac del FOG, este efecto rotacional provoca una diferencia de fase entre dos haces que se propagan en direcciones opuestas, lo que genera errores de medición. En otras palabras, la interferencia de los campos magnéticos no es estática, sino que afecta dinámicamente la salida del FOG de forma variable.
En teoría, un campo magnético axial perpendicular al eje de la bobina de fibra óptica no debería provocar el efecto Faraday. Sin embargo, en la práctica, debido a la ligera inclinación durante el bobinado de la fibra óptica, el efecto magnético axial se sigue desencadenando. Esta es la razón fundamental por la que no se puede ignorar la influencia de los campos magnéticos en aplicaciones de alta precisión de FOG.
a. Tecnología de despolarización. Al sustituir las fibras que preservan la polarización por fibras monomodo, se puede reducir la respuesta del campo magnético. Dado que las fibras monomodo tienen una respuesta más débil al efecto Faraday, la sensibilidad se reduce en la fuente.
b. Proceso de bobinado avanzado
Controlar la tensión del bobinado y reducir la tensión residual en las fibras puede reducir eficazmente los errores de inducción magnética. En combinación con un sistema automatizado de control de tensión, es clave para mejorar la consistencia de las bobinas que preservan la polarización.
c. Nuevas fibras ópticas de baja sensibilidad magnética
Actualmente, algunos fabricantes han lanzado materiales de fibra óptica con bajos coeficientes de respuesta magnética. Al combinarse con estructuras de anillo, pueden optimizar la capacidad antiinterferente magnética del material.
a. Modelado y compensación de errores magnéticos
Mediante la instalación de sensores magnéticos (como puertas de flujo) para monitorear el campo magnético en tiempo real e introducir modelos de compensación en el sistema de control, la salida de FOG se puede corregir dinámicamente.
b. Estructura de blindaje magnético multicapa
El uso de materiales como las μ-aleaciones para construir cavidades de blindaje de doble o multicapa puede reducir eficazmente la influencia de los campos magnéticos externos sobre las fibras de grasa (FOG). El modelado de elementos finitos ha confirmado que su eficiencia de blindaje puede incrementarse decenas de veces, pero también aumenta el peso y el coste del sistema.
En un conjunto de experimentos basados en una plataforma giratoria de tres ejes, los investigadores recopilaron datos de deriva de FOG tanto en estado abierto como cerrado. Los resultados mostraron que, al aumentar la interferencia del campo magnético, la amplitud de deriva de FOG podía aumentar de 5 a 10 veces, y aparecían señales de interferencia espectral evidentes (como 12,48 Hz, 24,96 Hz, etc.).
Esto indica además que, si no se toman medidas efectivas, la precisión de FOG se verá gravemente comprometida en la aviación real, en el espacio y en otros entornos electromagnéticos elevados.
En aplicaciones prácticas, recomendamos las siguientes estrategias de combinación:
(1) Seleccione la estructura FOG que elimina la polarización
(2) Utilice fibras ópticas de baja respuesta magnética
(3) Introducir equipos de bobinado de fibra óptica con control automático de tensión.
(4) Instalar puertas de flujo tridimensionales y construir modelos de error
(5) Optimizar el diseño de carcasas de blindaje de aleación μ
Tomando como ejemplos las series U-F3X80 y U-F3X100 lanzadas por Micro-Magic, los giroscopios ópticos integrados en su interior han mantenido una salida estable incluso en presencia de interferencia magnética a través de múltiples mejoras técnicas, convirtiéndolas en la solución preferida entre los actuales IMU de grado aeronáutico.
En sistemas de posicionamiento, navegación y guiado de alta precisión, el rendimiento de la IMU FOG determina la fiabilidad del sistema. La sensibilidad magnética, un problema que se ha pasado por alto durante mucho tiempo, se está convirtiendo en uno de los cuellos de botella de la precisión. Solo mediante la optimización colaborativa, desde los materiales y las estructuras hasta el nivel del sistema, podemos lograr una verdadera alta precisión de la IMU en entornos electromagnéticos complejos.
Si tiene dudas sobre la selección de la IMU o sobre la precisión de la FOG, conviene reconsiderar la perspectiva de la sensibilidad magnética. La IMU FOG de Micro-Magic. U-F3X80,U-F3X90, U-F3X100,yU-F300 están todos compuestos por giroscopios de fibra óptica. Para mejorar la exactitud de IMU de nieblaPodemos reducir completamente la sensibilidad magnética de los giroscopios de fibra óptica en su interior mediante medidas técnicas correspondientes.
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