Efecto Sagnac

Explore el impacto de la deriva de temperatura en los giroscopios de fibra óptica (FOG), los métodos de compensación efectivos y los resultados experimentales. Descubra cómo los modelos polinómicos de tercer orden mejoran la precisión en un 75 %.Los giroscopios de fibra óptica (FOG), un nuevo tipo de instrumento de medición de velocidad angular de alta precisión, se han utilizado ampliamente en aplicaciones militares, comerciales y civiles gracias a su tamaño compacto, alta fiabilidad y larga vida útil, lo que demuestra un amplio potencial de desarrollo. Sin embargo, cuando las temperaturas de funcionamiento fluctúan, sus señales de salida presentan derivas, lo que afecta significativamente la precisión de la medición y limita su ámbito de aplicación. Por lo tanto, estudiar los patrones de deriva de los FOG e implementar la compensación de errores se ha convertido en un reto crucial para mejorar su adaptabilidad a entornos de temperatura variable.Mecanismos de los efectos de la temperatura en los giroscopios de fibra ópticaLos FOG son giroscopios ópticos basados ​​en el efecto Sagnac, compuestos por una fuente de luz, un fotodetector, un divisor de haz y una bobina de fibra. La temperatura afecta la precisión del giroscopio al interferir con el rendimiento de sus componentes internos:Bobina de fibra: Como componente principal, la bobina de fibra genera el efecto Sagnac al rotar con respecto al espacio inercial. Las perturbaciones de temperatura alteran la reciprocidad estructural del FOG, lo que provoca errores de diferencia de fase.Fotodetector: Las variaciones de temperatura ambiental introducen un ruido significativo en el detector y producen una corriente oscura dependiente de la temperatura. La resistencia de carga del detector también se ve afectada por la temperatura.Fuente de luz: El rendimiento térmico de la fuente de luz está estrechamente relacionado con la precisión del desfase de Sagnac. Las variaciones en la potencia de salida, la longitud de onda media y el ancho espectral a diferentes temperaturas influyen aún más en la señal de salida del giroscopio.Métodos existentes para la compensación de la deriva de temperaturaActualmente, existen tres métodos principales para mitigar la deriva de temperatura:Dispositivos de control de temperatura de hardware: La incorporación de sistemas de control de temperatura localizados a los FOG permite compensar errores de temperatura en tiempo real. Sin embargo, esto aumenta el volumen y el peso, lo que contradice la tendencia hacia la miniaturización.Modificaciones de la estructura mecánica: Técnicas como el método de bobinado cuadrupolo garantizan efectos de temperatura simétricos en la bobina de fibra, lo que reduce la interferencia no recíproca. Sin embargo, la deriva residual aún afecta la detección de la velocidad angular.Compensación de modelado de software: establecer modelos de temperatura para compensación ahorra espacio y reduce costos, lo que lo convierte en el método principal en la práctica de ingeniería.Experimentos de temperatura y análisis de modelosDiseño experimentalLas pruebas se realizaron en tres rangos de temperatura:0°C a 20°C-40°C a -20°C40°C a 60°CSe fijó la temperatura inicial de la cámara térmica, se mantuvo durante 4 horas y luego se ajustó a una velocidad de 5 °C/h. Se registraron los datos de salida del giroscopio. El sistema de prueba se muestra en la Figura 1, con un intervalo de muestreo de 1 segundo y datos suavizados durante 100 segundos.Hallazgos claveEl análisis de las curvas de salida reveló:La salida del giroscopio exhibió oscilaciones significativas con los cambios de temperatura.La curva de salida siguió las mismas tendencias ascendentes o descendentes que la curva de tasa de temperatura.La deriva de la temperatura estaba estrechamente relacionada con la temperatura interna y su tasa de cambio.Modelo de compensaciónSe desarrolló un modelo de compensación polinomial de tercer orden, incorporando los siguientes factores:Modelo de factor de temperatura:Lout=L0+∑i=13ai(T−T0)i+∑j=13bjTjLout​=L0​+i=1∑3​ai​(T−T0​)i+j=1∑3​bj​Tj​Después de la compensación, la estabilidad de polarización alcanzó 0,0200°/h.Modelo de tasa de temperatura:La introducción del término de tasa de temperatura mejoró la estabilidad del sesgo a 0,0163°/h.Modelo integral:Al considerar tanto la temperatura como su tasa de cambio, la estabilidad del sesgo mejoró significativamente a 0,0055°/h, logrando una reducción del 77% en el error.Resultados de compensación segmentadaSe aplicaron diferentes parámetros para la compensación en distintos rangos de temperatura, con los siguientes resultados:Eje giroscópicoRango de temperaturaError de precompensación (°/h)Error de poscompensación (°/h)Porcentaje de reducción de erroresEje X0°C a 20°C0.025040,0051879% -40°C a -20°C0.024040,0055077% 40°C a 60°C0.023290,0060374%Eje Y0°C a 20°C0.023070,0059174% -40°C a -20°C0.025350,0060276% 40°C a 60°C0.029470,0056280%Eje Z0°C a 20°C0.018770,0049574% -40°C a -20°C0.020250,0064973% 40°C a 60°C0.014130.0060058%Tras la compensación, la amplitud de oscilación de las curvas de salida se suprimió significativamente, volviéndose más estable. La reducción promedio del error en los tres rangos de temperatura fue de aproximadamente el 75 %.Conclusión y perspectivasEl modelo de compensación de temperatura de polarización de tercer orden propuesto, que considera la temperatura actual, la desviación de temperatura inicial y la tasa de temperatura, ha demostrado experimentalmente que mejora eficazmente las señales de salida del giroscopio y aumenta significativamente la precisión. Este método se puede aplicar a los modelos FOG de Micro-Magic, como el U-F3X80, el U-F3X90, el U-F3X100, el U-F100A y el U-F300.Sin embargo, la investigación actual aún presenta limitaciones, como la discontinuidad del historial de temperatura y la cobertura insuficiente de la muestra. El trabajo futuro debería centrarse en el desarrollo de métodos de compensación para la deriva de temperatura en todo el rango de temperaturas. Para aplicaciones de ingeniería, la compensación mediante modelado de software demuestra un gran potencial como solución rentable para equilibrar la precisión y la practicidad. U-F3X90Sea cual sea tus necesidades, Micro-Magic está a tu lado.U-F3X100Sea cual sea tus necesidades, Micro-Magic está a tu lado.U-F100ASea cual sea tus necesidades, Micro-Magic está a tu lado.--

Explore los principios de funcionamiento, las aplicaciones militares y civiles y las perspectivas de mercado de los giroscopios de fibra óptica (FOG) de grado táctico. Conozca productos de primera línea como el GF-3G70 y el GF-3G90, y descubra su papel en la industria aeroespacial, los UAV y más.1.IntroducciónEn el campo de la navegación inercial moderna, los giroscopios de fibra óptica (FOG) se han convertido en uno de los dispositivos más populares gracias a sus ventajas únicas. Hoy profundizaremos en sus principios de funcionamiento, el estado actual del mercado y las aplicaciones típicas de esta tecnología, con especial atención al rendimiento de los giroscopios de fibra óptica de grado táctico.2.Principios de funcionamiento de los giroscopios de fibra ópticaUn giroscopio de fibra óptica es un sensor de fibra óptica de estado sólido basado en el efecto Sagnac. Su componente principal es una bobina de fibra óptica, donde la luz emitida por un diodo láser se propaga en dos direcciones a lo largo de ella. Al girar el sistema, las trayectorias de propagación de los dos haces de luz producen una diferencia. Midiendo esta diferencia en la trayectoria óptica, se puede determinar con precisión el desplazamiento angular del componente sensible.En pocas palabras, imagine emitir dos haces de luz en direcciones opuestas sobre una pista circular. Cuando la pista está estacionaria, ambos haces regresan al punto de partida simultáneamente. Sin embargo, si la pista gira, la luz que se mueve en sentido contrario a la rotación recorrerá una distancia mayor que el otro haz. El giroscopio de fibra óptica calcula el ángulo de rotación midiendo esta mínima diferencia.3.Clasificación técnica y estado del mercadoSegún su método de funcionamiento, los giroscopios de fibra óptica se pueden dividir en:Giroscopio interferométrico de fibra óptica (I-FOG)Giroscopio de fibra óptica resonante (R-FOG)Giroscopio de fibra óptica con dispersión Brillouin (B-FOG)En términos de niveles de precisión, incluyen:Grado táctico de gama bajaGrado táctico de alta gamaGrado de navegaciónGrado de precisiónActualmente, el mercado de giroscopios de fibra óptica presenta características de doble uso para aplicaciones militares y civiles:Aplicaciones militares: Control de actitud para aviones de combate/misiles, navegación de tanques, medición del rumbo de submarinos, etc.Aplicaciones civiles: navegación de automóviles y aviones, medición de puentes, perforación petrolera, etc.Vale la pena señalar que los giroscopios de fibra óptica de precisión media a alta se utilizan principalmente en equipos militares de alta gama, como el aeroespacial, mientras que los productos de bajo costo y baja precisión se aplican ampliamente en campos civiles como la exploración petrolera, el control de actitud de aeronaves agrícolas y la robótica.4.Desafíos técnicos y tendencias de desarrolloLa clave para lograr giroscopios de fibra óptica de alta precisión radica en:1.Estudio del impacto de los dispositivos ópticos y los entornos físicos en el rendimiento.2.Supresión del ruido de intensidad relativa.Con el avance de la tecnología de integración optoelectrónica y las fibras ópticas especializadas, los giroscopios de fibra óptica están evolucionando rápidamente hacia la miniaturización y la reducción de costos. Los giroscopios de fibra óptica integrados, de alta precisión y miniaturizados se convertirán en la norma en el futuro.5.Productos recomendados de giroscopios de fibra óptica de grado tácticoTomando como ejemplo los productos de Micro-Magic Company, sus giroscopios de fibra óptica de grado táctico se caracterizan por su precisión media, bajo costo y larga vida útil, ofreciendo importantes ventajas de precio en el mercado. A continuación, se presentan dos productos populares:GF-3G70Características de rendimiento:Estabilidad de polarización: 0,02~0,05°/hAplicaciones típicas:Plataformas de control de vuelo/cápsulas electroópticasSistemas de navegación inercial (INS)/Unidades de medición inercial (IMU)Dispositivos de estabilización de plataformaSistemas de posicionamientoBuscadores del norteGF-3G90Características de rendimiento:Mayor estabilidad de polarización: 0,006~0,015°/hLarga vida útil, alta confiabilidad.Aplicaciones típicas:Control de vuelo de vehículos aéreos no tripuladosMapeo y medición inercial orbitalcápsulas electroópticasEstabilizadores de plataforma6.ConclusiónLa tecnología de giroscopios de fibra óptica reviste una importancia estratégica significativa para el desarrollo industrial, de defensa y tecnológico de un país. Con los avances tecnológicos y la expansión de sus aplicaciones, los giroscopios de fibra óptica desempeñarán un papel crucial en más campos. Los productos de grado táctico, con su excelente relación calidad-precio, se están aplicando ampliamente tanto en el mercado militar como en el civil.G-F3G70Giroscopio de fibra óptica de tres ejesG-F70ZKPrecisión media y altaGiroscopio de fibra ópticaG-F3G90Giroscopio de fibra óptica de tres ejes--