Il componente principale della guida inerziale:Giroscopio in fibra ottica

Introduzione ai giroscopi in fibra ottica

I sistemi di navigazione inerziale si basano in larga misura sull'accuratezza e la precisione dei loro componenti principali. Uno di questi componenti, che ha notevolmente migliorato le capacità di questi sistemi, è il giroscopio a fibra ottica (FOG). Il FOG è un sensore fondamentale che svolge un ruolo fondamentale nel misurare la velocità angolare del vettore con notevole precisione.

Funzionamento del giroscopio in fibra ottica

I FOG funzionano secondo il principio dell'effetto Sagnac, che consiste nel suddividere un raggio laser in due percorsi separati, consentendogli di viaggiare in direzioni opposte lungo un anello di fibra ottica avvolto. Quando il portante, integrato nel FOG, ruota, la differenza nel tempo di percorrenza tra i due fasci è proporzionale alla velocità angolare di rotazione del portante. Questo ritardo, noto come sfasamento di Sagnac, viene quindi misurato con precisione, consentendo al FOG di fornire dati accurati sulla rotazione del portante.

Il principio di funzionamento di un giroscopio a fibra ottica prevede l'emissione di un fascio di luce da un fotorilevatore. Questo fascio di luce attraversa un accoppiatore, entrando da un'estremità e uscendo dall'altra. Quindi, percorre un circuito ottico. Due fasci di luce, provenienti da direzioni diverse, entrano nel circuito e completano una sovrapposizione coerente dopo aver percorso un circuito. La luce di ritorno rientra in un diodo a emissione luminosa (LED), che viene utilizzato per rilevarne l'intensità. Sebbene il principio di funzionamento di un giroscopio a fibra ottica possa sembrare semplice, la sfida più significativa consiste nell'eliminare i fattori che influenzano la lunghezza del percorso ottico dei due fasci di luce. Questo è uno dei problemi più critici affrontati nello sviluppo dei giroscopi a fibra ottica.

1: diodo superluminescente           2: diodo fotodiodo

3. accoppiatore della sorgente luminosa           4.giunto ad anello in fibra            5. anello in fibra ottica

Vantaggi dei giroscopi in fibra ottica

I FOG offrono diversi vantaggi che li rendono preziosi nei sistemi di navigazione inerziale. Sono rinomati per la loro eccezionale precisione, affidabilità e durata. A differenza dei giroscopi meccanici, i FOG non hanno parti mobili, riducendo il rischio di usura. Inoltre, sono resistenti a urti e vibrazioni, il che li rende ideali per ambienti difficili come le applicazioni aerospaziali e di difesa.

Integrazione di giroscopi in fibra ottica nella navigazione inerziale

I sistemi di navigazione inerziale stanno incorporando sempre più i giroscopi FOG grazie alla loro elevata precisione e affidabilità. Questi giroscopi forniscono le cruciali misurazioni della velocità angolare necessarie per la determinazione accurata di orientamento e posizione. Integrando i giroscopi FOG nei sistemi di navigazione inerziale esistenti, gli operatori possono beneficiare di una maggiore precisione di navigazione, soprattutto in situazioni in cui è necessaria un'estrema precisione.

Applicazioni dei giroscopi in fibra ottica nella navigazione inerziale

L'inclusione dei FOG ha ampliato le applicazioni dei sistemi di navigazione inerziale in diversi settori. In ambito aerospaziale e aeronautico, i sistemi dotati di FOG offrono soluzioni di navigazione precise per aeromobili, droni e veicoli spaziali. Sono inoltre ampiamente utilizzati nella navigazione marittima, nei rilievi geologici e nella robotica avanzata, consentendo a questi sistemi di operare con prestazioni e affidabilità migliorate.

Diverse varianti strutturali dei giroscopi in fibra ottica

I giroscopi in fibra ottica sono disponibili in varie configurazioni strutturali, con quella predominante che sta attualmente entrando nel campo dell'ingegneria:giroscopio in fibra ottica a mantenimento della polarizzazione a circuito chiusoAl centro di questo giroscopio c'è ilanello in fibra a mantenimento della polarizzazione, composto da fibre che mantengono la polarizzazione e da una struttura progettata con precisione. La costruzione di questo loop prevede un metodo di avvolgimento simmetrico quadruplo, integrato da un gel sigillante esclusivo per formare una bobina in fibra a stato solido.