Giroscopio de fibra óptica Se ha convertido en el componente principal preferido para alta precisión y alta confiabilidad. sistemas de navegación inercial Gracias a sus importantes ventajas, como su diseño de estado sólido, la ausencia de piezas móviles, su rápido arranque, su larga vida útil, su amplio rango dinámico y su gran resistencia a impactos y vibraciones, los giroscopios de fibra óptica se caracterizan por su excepcional rendimiento, gracias a su complejo y preciso proceso de fabricación. Desde la selección y el procesamiento de fibras ópticas especializadas, el acoplamiento y la alineación de componentes ópticos de precisión, hasta el bobinado y curado de precisión de la bobina sensora central, pasando por la integración de complejos sistemas electrónicos y la implementación de sofisticados algoritmos de compensación ambiental, cada etapa de producción materializa la ciencia de materiales de vanguardia, la ingeniería óptica de precisión, la tecnología microelectrónica y la teoría de control avanzada. Incluso la más mínima desviación durante el proceso de fabricación puede tener un impacto decisivo en la precisión, la estabilidad y la fiabilidad del producto final.
A continuación se muestra una introducción detallada al proceso de producción del giroscopio de fibra óptica.
1. Fabricación de anillos de fibra óptica
El componente principal de un giroscopio de fibra óptica es el anillo de fibra, y su proceso de fabricación es crucial. Primero, se seleccionan fibras ópticas de alta calidad y se enrollan en forma de anillo mediante procesos de bobinado precisos. Durante este proceso, es necesario controlar estrictamente la tensión de las fibras ópticas, el diámetro y la densidad del anillo de bobinado para garantizar su rendimiento y estabilidad. Tras el bobinado, se aplica un recubrimiento adhesivo y se cura para fijar la forma. Posteriormente, el anillo de fibra óptica se somete a un envejecimiento por ciclos de temperatura para eliminar la tensión residual interna y mejorar la estabilidad mecánica mediante un recubrimiento epóxico.
2. Integración de dispositivos ópticos
Tras la fabricación del anillo de fibra óptica, es necesario ensamblarlo con precisión junto con otros componentes ópticos. Esto incluye principalmente el montaje de moduladores de guía de ondas Y y la integración de fuentes de luz y detectores para garantizar trayectorias ópticas fluidas y estables. Además, se requieren rigurosas pruebas de rendimiento de los componentes ensamblados para garantizar que cumplan con los requisitos de diseño.
3. Construcción de sistemas de circuitos
La construcción de sistemas de circuitos incluye el diseño de circuitos de procesamiento de señales y circuitos de retroalimentación de lazo cerrado. La FPGA actúa como procesador principal para generar señales de modulación de onda cuadrada/diente de sierra que controlan la guía de onda Y, polarizan el punto de operación hacia la zona sensible y calculan la diferencia de fase (Δφ) de la señal de interferencia emitida por el detector, la cual se convierte en velocidad angular (Ω). La diferencia de fase de Sagnac se compensa dinámicamente mediante control digital de lazo cerrado para mejorar la linealidad y el rango dinámico.
4. Montaje y prueba de toda la máquina
Tras completar la fabricación de los anillos de fibra óptica, los componentes ópticos y las placas de circuito, el siguiente paso es el ensamblaje general. Este proceso incluye el encapsulado para la adaptación ambiental, así como la calibración y compensación del rendimiento. Las unidades ópticas y electrónicas están selladas dentro de una carcasa metálica de blindaje para aislar las variaciones de temperatura y humedad, así como las interferencias electromagnéticas. Los productos de grado militar utilizan carcasas de aleación de titanio para mejorar la resistencia al impacto. Posteriormente, se realizaron una serie de pruebas y calibraciones en el giroscopio de fibra óptica, incluyendo la calibración de polarización cero, la compensación de temperatura y las pruebas de umbral, para garantizar que todos los indicadores de rendimiento cumplan con los requisitos previstos.
Las principales dificultades del proceso de fabricación de giroscopios de fibra óptica incluyen principalmente las siguientes:
1. Bobinado de precisión de bobinas de fibra óptica
La tensión generada durante el bobinado de las bobinas de fibra óptica puede causar errores de polarización. La solución consiste en utilizar fibras que mantengan la polarización y adoptar un proceso de bobinado simétrico.
2. Empaquetado e interconexión de chips ópticos integrados (guías de ondas Y)
Las guías de ondas Y son los principales dispositivos ópticos integrados multifuncionales de los FOG. Durante el proceso de empaquetado e interconexión, la precisión de alineación del eje óptico es extremadamente alta. La solución a esta dificultad es utilizar un sistema de alineación activo y una empalmadora de fusión con mantenimiento de la polarización.
3. Deriva de temperatura
Los cambios de temperatura pueden causar deriva de fase del giroscopio, lo que afecta la precisión de la medición. La solución consiste en utilizar despolarizadores multietapa y adoptar algoritmos de compensación de temperatura segmentados para eliminar el impacto de la deriva de temperatura.
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