¿Por qué se llama giroscopio de fibra óptica?

Puntos clave

• • Producto: Giroscopio de fibra óptica (FOG)

    Características principales:

    • Componentes: Sensor de estado sólido que utiliza fibra óptica para mediciones inerciales precisas.
    • Función: Aprovecha el efecto SAGNAC para una detección precisa de la velocidad angular sin partes móviles.
    • Aplicaciones: Adecuado para IMU, INS, buscadores de misiles, UAV y robótica.
    • Fusión de datos: combina datos FOG con referencias externas para mejorar la precisión y la estabilidad.
    • Conclusión: Los FOG proporcionan alta precisión y confiabilidad en tareas de navegación, con desarrollos futuros prometedores en varios sectores.

Al igual que el giroscopio láser de anillo, el giroscopio de fibra óptica ofrece las ventajas de no tener piezas móviles mecánicas, tiempo de precalentamiento mínimo, aceleración insensible, amplio rango dinámico, salida digital y tamaño compacto. Además, el giroscopio de fibra óptica también supera las desventajas del giroscopio láser de anillo, como su alto costo y el fenómeno de bloqueo.

El giroscopio de fibra óptica es un tipo de sensor de fibra óptica utilizado en la navegación inercial.
Al no tener partes móviles (rotor de alta velocidad, llamado giroscopio de estado sólido), este nuevo giroscopio totalmente sólido se convertirá en el producto líder del futuro y ofrece amplias perspectivas de desarrollo y aplicación.

1. Clasificación de giroscopios de fibra óptica

Según su principio de funcionamiento, los giroscopios de fibra óptica se dividen en interferométricos (I-FOG), resonantes (R-FOG) y con dispersión Brillouin estimulada (B-FOG). Actualmente, el giroscopio más desarrollado es el interferométrico (la primera generación), el más utilizado. Utiliza una bobina de fibra óptica multivuelta para mejorar el efecto SAGNAC. Un interferómetro de anillo de doble haz, compuesto por una bobina de fibra óptica monomodo multivuelta, ofrece una alta precisión, pero también complica inevitablemente su estructura general.
Los giroscopios de fibra óptica se dividen en giroscopios de anillo abierto y giroscopios de bucle cerrado, según el tipo de bucle. El giroscopio de bucle abierto sin retroalimentación detecta directamente la salida óptica, ahorrando una compleja estructura óptica y de circuitos. Presenta las ventajas de una estructura simple, un precio económico, alta fiabilidad y bajo consumo de energía. Sin embargo, las desventajas son la baja linealidad de entrada-salida y un rango dinámico reducido. Se utiliza principalmente como sensor angular. La estructura básica de un giroscopio interferométrico de fibra óptica de bucle abierto es un interferómetro de doble haz de anillo. Se utiliza principalmente en situaciones donde la precisión no es alta y el volumen es pequeño.

2. Estado y futuro del giroscopio de fibra óptica

Con el rápido desarrollo de los giroscopios de fibra óptica, muchas grandes empresas, especialmente de equipamiento militar, han invertido cuantiosos recursos en su estudio. Las principales empresas de investigación de Estados Unidos, Japón, Alemania, Francia, Italia y Rusia han completado la industrialización de giroscopios de baja y media precisión, y Estados Unidos se ha mantenido a la vanguardia en este campo de investigación.
El desarrollo de giroscopios de fibra óptica en nuestro país aún se encuentra relativamente atrasado. Según su nivel de desarrollo, el desarrollo de giroscopios se divide en tres niveles: el primero lo constituyen Estados Unidos, el Reino Unido y Francia, que poseen todas las capacidades de investigación y desarrollo en giroscopios y navegación inercial; el segundo nivel lo constituyen principalmente Japón, Alemania y Rusia; y China se encuentra actualmente en el tercer nivel. La investigación de giroscopios de fibra óptica en China comenzó relativamente tarde, pero gracias al esfuerzo de la mayoría de los investigadores científicos, ha ido reduciendo gradualmente la brecha con los países desarrollados.
Actualmente, la cadena industrial de giroscopios de fibra óptica en China está completa, con fabricantes en todas las etapas de la cadena industrial. La precisión de desarrollo de estos giroscopios ha alcanzado los requisitos de precisión media y baja de los sistemas de navegación inercial. Si bien su rendimiento es relativamente bajo, no genera cuellos de botella como los chips.
El desarrollo futuro del giroscopio de fibra óptica se centrará en los siguientes aspectos:
(1) Alta precisión. Una mayor precisión es un requisito indispensable para que los giroscopios de fibra óptica sustituyan a los giroscopios láser en la navegación avanzada. Actualmente, la tecnología de giroscopios de fibra óptica de alta precisión no está plenamente desarrollada.
(2) Alta estabilidad y antiinterferencias. La alta estabilidad a largo plazo es una de las líneas de desarrollo del giroscopio de fibra óptica. Mantener la precisión de navegación durante mucho tiempo en entornos hostiles es un requisito fundamental para los sistemas de navegación inercial. Por ejemplo, en condiciones de altas temperaturas, terremotos fuertes o campos magnéticos intensos, el giroscopio de fibra óptica también debe tener la precisión suficiente para satisfacer las necesidades de los usuarios.
(3) Diversificación de productos. Es necesario desarrollar productos con diferente precisión y necesidades. Cada usuario tiene requisitos de precisión de navegación diferentes, y la estructura del giroscopio de fibra óptica es simple, y solo se requiere ajustar la longitud y el diámetro de la bobina para modificar la precisión. En este sentido, tiene la ventaja de superar a los giroscopios mecánicos y láser, y sus productos de diferente precisión son más fáciles de fabricar, requisito indispensable para su aplicación práctica.
(4) Escala de producción. La reducción de costos es también una condición indispensable para la aceptación de los giróscopos de fibra óptica por parte de los usuarios. La escala de producción de diversos componentes puede promover eficazmente la reducción de costos, especialmente en el caso de los giróscopos de fibra óptica de precisión media y baja.

3. Resumen