Наука и истражување

Решенија за компоненти на FOGs

Што е инерцијална навигација?

Основи на инерцијална навигација

Фундаменталните принципи на инерцијалната навигација се слични на оние на другите методи на навигација. Таа се потпира на стекнување клучни информации, вклучувајќи ја почетната положба, почетната ориентација, насоката и ориентацијата на движењето во секој момент, и прогресивно интегрирање на овие податоци (аналогно на математичките операции на интеграција) за прецизно одредување на параметрите за навигација, како што се ориентацијата и положбата.

Улогата на сензорите во инерцијалната навигација

За да се добијат информации за моменталната ориентација (став) и позиција на објект во движење, инерцијалните навигациски системи користат сет на критични сензори, кои првенствено се состојат од акцелерометри и жироскопи. Овие сензори ја мерат аголната брзина и забрзувањето на носачот во инерцијален референтен систем. Податоците потоа се интегрираат и обработуваат со текот на времето за да се добијат информации за брзината и релативната позиција. Последователно, овие информации се трансформираат во навигациски координатен систем, заедно со почетните податоци за позицијата, што кулминира со одредување на моменталната локација на носачот.

Принципи на работа на инерцијални навигациски системи

Инерцијалните навигациски системи работат како самостојни, внатрешни навигациски системи со затворена јамка. Тие не се потпираат на ажурирања на надворешни податоци во реално време за да ги исправат грешките за време на движењето на носачот. Како таков, еден инерцијален навигациски систем е погоден за краткотрајни навигациски задачи. За долготрајни операции, тој мора да се комбинира со други навигациски методи, како што се сателитски навигациски системи, за периодично да се исправат акумулираните внатрешни грешки.

Прикривањето на инерцијалната навигација

Во современите технологии за навигација, вклучувајќи ја небесната навигација, сателитската навигација и радио навигацијата, инерцијалната навигација се издвојува како автономна. Таа ниту емитува сигнали кон надворешната средина, ниту зависи од небесните објекти или надворешни сигнали. Следствено, инерцијалните навигациски системи нудат највисоко ниво на прикриеност, што ги прави идеални за апликации што бараат максимална доверливост.

Официјална дефиниција за инерцијална навигација

Инерцијалниот навигациски систем (INS) е систем за проценка на навигациски параметри кој користи жироскопи и акцелерометри како сензори. Системот, врз основа на излезот од жироскопите, воспоставува навигациски координатен систем, користејќи го излезот од акцелерометрите за да ја пресмета брзината и позицијата на носителот во навигацискиот координатен систем.

Примени на инерцијална навигација

Инерцијалната технологија најде широка примена во различни домени, вклучувајќи воздухопловство, авијација, поморство, истражување на нафта, геодезија, океанографски истражувања, геолошко дупчење, роботика и железнички системи. Со доаѓањето на напредните инерцијални сензори, инерцијалната технологија ја прошири својата употребливост во автомобилската индустрија и медицинските електронски уреди, меѓу другите области. Овој растечки опсег на апликации ја нагласува сè поклучната улога на инерцијалната навигација во обезбедувањето можности за високопрецизна навигација и позиционирање за мноштво апликации.

Основна компонента на инерцијалното водење:Жироскоп со оптички влакна

Вовед во жироскопите со оптички влакна

Инерцијалните навигациски системи во голема мера се потпираат на точноста и прецизноста на нивните основни компоненти. Една таква компонента што значително ги подобри можностите на овие системи е жироскопот со оптички влакна (FOG). FOG е критичен сензор кој игра клучна улога во мерењето на аголната брзина на носачот со извонредна точност.

Работа со оптички жироскоп

FOG-овите работат на принципот на Сањаков ефект, што вклучува разделување на ласерскиот зрак на две одделни патеки, овозможувајќи му да патува во спротивни насоки по должината на намотана оптичка јамка. Кога носачот, вграден во FOG, ротира, разликата во времето на патување помеѓу двата зраци е пропорционална на аголната брзина на ротацијата на носачот. Ова временско задоцнување, познато како фазно поместување на Сањак, потоа се мери прецизно, овозможувајќи му на FOG да обезбеди точни податоци во врска со ротацијата на носачот.

Принципот на жироскоп со оптички влакна вклучува емитирање на зрак светлина од фотодетектор. Овој светлосен зрак поминува низ спојка, влегувајќи од едниот крај и излегувајќи од другиот. Потоа патува низ оптичка јамка. Два зрака светлина, кои доаѓаат од различни насоки, влегуваат во јамката и завршуваат кохерентна суперпозиција откако ќе кружат наоколу. Враќачката светлина повторно влегува во диода што емитува светлина (LED), која се користи за детектирање на нејзиниот интензитет. Иако принципот на жироскоп со оптички влакна може да изгледа едноставен, најзначајниот предизвик лежи во елиминирањето на факторите што влијаат на должината на оптичкиот пат на двата светлосни зраци. Ова е едно од најкритичните проблеми со кои се соочуваат при развојот на жироскопи со оптички влакна.

1: суперлуминисцентна диода 2: фотодетекторска диода

3. спојка за извор на светлина 4.спојка со прстени од влакна 5. прстен од оптички влакна

Предности на жироскопите со оптички влакна

FOG-овите нудат неколку предности што ги прават непроценливи во инерцијалните навигациски системи. Тие се познати по нивната исклучителна точност, сигурност и издржливост. За разлика од механичките жироскопи, FOG-овите немаат подвижни делови, што го намалува ризикот од абење. Дополнително, тие се отпорни на удари и вибрации, што ги прави идеални за тешки средини како што се воздухопловните и одбранбените апликации.

Интеграција на оптички жироскопи во инерцијална навигација

Инерцијалните навигациски системи сè повеќе вклучуваат FOG-ови поради нивната висока прецизност и сигурност. Овие жироскопи ги обезбедуваат клучните мерења на аголната брзина потребни за прецизно одредување на ориентацијата и положбата. Со интегрирање на FOG-ови во постојните инерцијални навигациски системи, операторите можат да имаат корист од подобрена точност на навигацијата, особено во ситуации каде што е потребна екстремна прецизност.

Примени на оптички жироскопи во инерцијална навигација

Вклучувањето на FOG ги прошири апликациите на инерцијалните навигациски системи во различни домени. Во воздухопловството и авијацијата, системите опремени со FOG нудат прецизни навигациски решенија за авиони, беспилотни летала и вселенски летала. Тие се исто така широко користени во поморската навигација, геолошките истражувања и напредната роботика, овозможувајќи им на овие системи да работат со подобрени перформанси и сигурност.

Различни структурни варијанти на жироскопи со оптички влакна

Жироскопите со оптички влакна се достапни во различни структурни конфигурации, а доминантна е онаа што моментално влегува во областа на инженерството.жироскоп со оптички влакна со затворена јамка за одржување на поларизацијатаВо сржта на овој жироскоп ејамка на влакна што одржува поларизација, кој се состои од влакна што одржуваат поларизација и прецизно дизајнирана рамка. Конструкцијата на оваа јамка вклучува метод на четирикратно симетрично намотување, дополнет со уникатен гел за запечатување за да се формира намотка од јамка од влакна во цврста состојба.

Клучни карактеристики наОптички влакна со поларизација и одржувањејоро калем

▶ Уникатен дизајн на рамката:Гироскопските јамки имаат препознатлив дизајн на рамката што лесно прилагодува различни видови влакна за одржување на поларизацијата.

▶Техника на четирикратно симетрично намотување:Техниката на четирикратно симетрично намотување го минимизира ефектот Шупе, обезбедувајќи прецизни и сигурни мерења.

▶ Напреден материјал за гел за запечатување:Употребата на напредни материјали за запечатување во гел, во комбинација со единствена техника на стврднување, ја зголемува отпорноста на вибрации, што ги прави овие жироскопски јамки идеални за апликации во тешки услови.

▶ Стабилност на кохерентност на висока температура:Гироскопските јамки покажуваат висока стабилност на кохерентност на температурата, обезбедувајќи точност дури и при различни термички услови.

▶ Поедноставена лесна рамка:Гироскопските јамки се дизајнирани со едноставна, но лесна рамка, што гарантира висока прецизност на обработката.

▶Конзистентен процес на намотување:Процесот на намотување останува стабилен, прилагодувајќи се на барањата на различни прецизни жироскопи со оптички влакна.

Референца

Гроувс, П.Д. (2008). Вовед во инерцијална навигација.Весник за навигација, 61(1), 13-28.

Ел-Шејми, Н., Хоу, Х. и Ниу, Кс. (2019). Технологии на инерцијални сензори за навигациски апликации: најсовремена технологија.Сателитска навигација, 1(1), 1-15.

Вудман, О.Ј. (2007). Вовед во инерцијалната навигација.Универзитет во Кембриџ, Компјутерска лабораторија, UCAM-CL-TR-696.

Чатила, Р. и Лаумонд, ЈП (1985). Референцирање на позицијата и конзистентно моделирање на светот за мобилни роботи.Во зборникот на трудови од Меѓународната конференција за роботика и автоматизација на IEEE од 1985 година(Том 2, стр. 138-145). IEEE.