мастер-класс по волоконно-оптическим гироскопам

Основные положения Продукт: Волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) Функции: • Высокоточный датчик для измерения угловой скорости • Низкая стабильность смещения (≤0,2 °/ч), обеспечивающая высокую точность измерений. • Низкая вероятность случайного блуждания (ARW) для стабильного результата во времени (например, 0,001°/√ч) • Точность масштабного коэффициента (например, 10 ppm) с минимальным отклонением от фактического вращения. • Чувствителен к изменениям температуры, вибрации и источника света. Приложения: • Авиация: Предоставляет точные данные о местоположении, скорости и ориентации летательных аппаратов. • Навигация: Оказывает помощь в системах наведения и позиционирования. • Сейсмические исследования: мониторинг вращательных движений во время изучения землетрясений. • Военное применение: используется в системах наведения ракет и бомб. Преимущества: • Высокая точность и стабильность • Низкое энергопотребление, простота установки и обслуживания • Надежная работа в динамичных условиях с минимальным дрейфом и шумом. • Универсальное применение в различных областях, требующих точного измерения угловой скорости.  Волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) — это высокоточные датчики, используемые для измерения угловой скорости. Благодаря высокой точности, чувствительности и превосходной стабильности они широко применяются в таких областях, как авиация, навигация и сейсмические исследования. Ключевыми показателями их точности являются дрейф нулевого смещения, случайное блуждание и ошибка измерения угла, которые позволяют оценить их производительность.Подробное объяснение основных показателей точности.Волоконно-оптический гироскоп использует оптические волокна в качестве чувствительных элементов для точного измерения угловой скорости вращения. Точность его работы может быть всесторонне оценена по следующим трем показателям: (1) Стабильность смещения (скорость дрейфа) Этот показатель отражает точность выходного сигнала гироскопа в невращающемся состоянии, обычно измеряемую с помощью эталонного значения точности. Дрейф нулевого смещения волоконно-оптического гироскопа чрезвычайно мал, как правило, не превышает 0,2 °/ч, что обеспечивает высокую точность измерений. (2) Случайное блуждание (угловое случайное блуждание, ARW) Этот показатель измеряет стабильность выходного значения гироскопа в течение определенного периода времени, обычно измеряемого в градусах на квадратный корень из часа (°/√ч). Например, у FOG показатель ARW составляет 0,001°/√ч. Это означает, что шум на выходе гироскопа накапливается со скоростью 0,001 градуса на квадратный корень из времени работы.(3) Точность масштабного коэффициента Точность масштабного коэффициента показывает, насколько хорошо выходные данные гироскопа соответствуют фактической угловой скорости. Обычно она выражается в процентах погрешности. Например, точность масштабного коэффициента гироскопа FOG составляет 10 ppm (частей на миллион)**. Это означает, что на каждый градус в секунду (°/с) фактического вращения выходные данные гироскопа могут отклоняться до 0,001%. Анализ факторов, влияющих на точность.На точность волоконно-оптических гироскопов влияют различные внешние факторы:(1) Температура: Чувствительные компоненты волоконно-оптических гироскопов чувствительны к изменениям температуры окружающей среды, что может привести к дрейфу нулевого смещения или увеличению погрешностей измерения угла.(2) Вибрация: Вибрации окружающей среды могут негативно влиять на точность волоконно-оптических гироскопов, потенциально приводя к нестабильным выходным значениям.(3) Источник света: Изменения таких параметров, как мощность и длина волны источника света, также могут влиять на выходное значение волоконно-оптического гироскопа, тем самым влияя на его точность.Пример модели G-F3G70 производства Micro-Magic.Волоконно-оптический инерциальный гироскоп G-F3G70 предназначен для применения в системах средней и высокой точности. Используется стандартная трехкоординатная технология и раздельная конструкция, что обеспечивает низкую стоимость и стабильную работу. В конструкции применяется оптический метод. Корпус интегральной схемы, простой по конструкции и легкий в установке. Может использоваться в системах навигации. Системы измерения и управления ориентацией малых ракет и управляемых бомб.Основной показатель эффективности волоконно-оптического гироскопа G-F3G70-AG-F3G70-BG-F3G70-CЕдиницастабильность при нулевом смещении≤0,050 (10 с)≤0,03 (10 с)≤0,02 (10 с)(°)/чСтабильность при нулевом смещении на полной температуре (1℃/мин, 100 с)≤0,15≤0,12≤0,10(°)/чПовторяемость при нулевом смещении≤0,050≤0,03≤0,03(°)/чКоэффициент случайного блуждания≤0,002≤0,002≤0,001(º)/ч1/2Нелинейность масштабного коэффициента≤20ppmАсимметрия масштабного коэффициента≤20ppmПовторяемость масштабного коэффициента≤20ppmЗаключениеБлагодаря высокой точности, волоконно-оптические гироскопы широко используются в таких областях, как авиация, навигация и сейсмология. Например, в авиации волоконно-оптические гироскопы позволяют точно определять положение, скорость и ориентацию летательного аппарата, обеспечивая стабильное и точное направление полета. В целом, как высокоточное измерительное устройство, волоконно-оптический гироскоп подвержен влиянию различных факторов, но он по-прежнему демонстрирует большой потенциал и ценность в различных областях применения.   Г-Ф3Г70Доступная цена. Оптоволоконные гироскопы с динамическим диапазоном 400°/с. Ведущий поставщик из Китая.  

Изучите комплексные методы тестирования ключевых показателей волоконно-оптических гироскопов, включая стабильность нулевого смещения, нелинейность масштабного коэффициента и коэффициент случайного блуждания (RWC). Освойте пошаговые процедуры, формулы и требования к оборудованию для приложений точной навигации и управления ориентацией.Волоконно-оптический гироскоп основан на эффекте Сагны и широко используется для измерения угловой скорости в навигации и управлении ориентацией. Ключевые показатели обычно включают стабильность нулевого смещения, масштабный коэффициент, случайное блуждание, полосу пропускания, шум, температурные характеристики и т. д. Измеряя эти показатели, можно всесторонне оценить производительность волоконно-оптических гироскопов, а также оптимизировать проектирование системы и алгоритмы компенсации на основе этих данных. 1.Тестирование серии при нулевом смещении1.1ПредвзятостьОпределение: Средняя эквивалентная угловая скорость, выдаваемая волоконно-оптическим гироскопом при отсутствии входного сигнала угловой скорости.Измерительное оборудование: горизонтальное эталонное устройство, устройство для измерения и регистрации выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа.Метод тестирования: Закрепите волоконно-оптический гироскоп на горизонтальной опоре так, чтобы входная ось (IRA) была направлена ​​в направлении восток-запад. Записывайте выходные данные в течение как минимум 1 часа после включения питания с частотой дискретизации, удовлетворяющей критерию Найквиста (≥ 2 раза превышающей максимальную частоту сигнала).Формула расчета:              Где K — масштабный коэффициент, — это среднее значение выходной мощности. 1.2Стабильность смещенияОпределение: Степень разброса выходного сигнала с нулевым смещением относительно среднего значения отражает краткосрочную стабильность.Метод тестирования: Аналогичен тесту на смещение, но требует длительной записи данных (не менее 1 часа).Формула расчета:         где:: Стабильность нулевого смещения, измеренная в градусах в час (° ⁄ ч)Односторонний амплитудный выход волоконно-оптического гироскопав то время . 1.3Повторяемость смещенияОпределение: Проведите несколько тестов мощности, чтобы убедиться в стабильности нулевого смещения.Метод тестирования: Повторите тест с нулевым смещением более 6 раз, с интервалами между тестами, включающими выключение питания и охлаждение до комнатной температуры.Формула расчета:Для каждого тестового набора данных обработайте его согласно формуле (1), рассчитайте нулевое смещение, а затем рассчитайте повторяемость нулевого смещения тестов Q согласно следующей формуле.          Где,: Нулевое смещение i-го теста; : Нулевое смещение 1.4Чувствительность к температуре смещенияОпределение: Дрейф нулевого смещения, вызванный изменениями температуры.Метод тестирования: Установите различные температурные точки (охватывающие рабочий диапазон температур) внутри блока управления температурой и поддерживайте постоянную температуру в течение 30 минут в каждой точке. Измерьте смещение нуля в каждой температурной точке и рассчитайте отклонение от смещения нуля при комнатной температуре.Формула расчета:Тестовые данные обрабатываются по формуле (1), и нулевая чувствительность волоконно-оптического гироскопа при комнатной температуре и каждой точке измерения температуры рассчитывается отдельно. Температурная чувствительность нулевой чувствительности волоконно-оптического гироскопа рассчитывается по следующей формуле:                            Температура i-го испытания.: комнатная температура 2.Тестирование серии масштабных коэффициентов2.1Масштабный коэффициентОпределение: Линейно-пропорциональная зависимость между выходным сигналом и входной угловой скоростью.Испытательное оборудование: высокоточный поворотный стол (погрешность)

Основные положенияИзделие: волоконно-оптический гироскоп (ВОГ)Основные характеристики:Компоненты: Твердотельный датчик, использующий оптическое волокно для точных инерциальных измерений.Функция: Использует эффект Сагнака для точного измерения угловой скорости без движущихся частей.Области применения: подходит для инерциальных измерительных блоков (IMU), инерциальных навигационных систем (INS), головок самонаведения ракет, беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и робототехники.Объединение данных: сочетает данные FOG с внешними эталонными данными для повышения точности и стабильности.Вывод: волоконно-оптические гироскопы обеспечивают высокую точность и надежность в навигационных задачах, и их дальнейшее развитие в различных секторах является многообещающим.Подобно кольцевому лазерному гироскопу, волоконно-оптический гироскоп обладает преимуществами отсутствия механических движущихся частей, отсутствия времени предварительного нагрева, нечувствительного ускорения, широкого динамического диапазона, цифрового вывода и малых размеров. Кроме того, волоконно-оптический гироскоп также преодолевает существенные недостатки кольцевого лазерного гироскопа, такие как высокая стоимость и явление блокировки.Волоконно-оптический гироскоп — это разновидность волоконно-оптического датчика, используемого в инерциальной навигации.Благодаря отсутствию движущихся частей – высокоскоростному ротору, называемому твердотельным гироскопом. Этот новый полностью твердотельный гироскоп станет ведущим продуктом в будущем и имеет широкий спектр перспектив развития и применения.1. Классификация волоконно-оптических гироскоповВ зависимости от принципа работы волоконно-оптические гироскопы можно разделить на интерферометрические волоконно-оптические гироскопы (I-FOG), резонансные волоконно-оптические гироскопы (R-FOG) и волоконно-оптические гироскопы со стимулированным бриллюэновским рассеянием (B-FOG). В настоящее время наиболее зрелым волоконно-оптическим гироскопом является интерферометрический волоконно-оптический гироскоп (то есть, первое поколение волоконно-оптических гироскопов), который является наиболее широко используемым. В нем используется многовитковая оптическая волоконная катушка для усиления эффекта SAGNAC. Двухлучевой кольцевой интерферометр, состоящий из многовитковой одномодовой оптической волоконной катушки, может обеспечить высокую точность, но также неизбежно усложняет общую структуру.Волоконно-оптические гироскопы делятся на гироскопы с открытым кольцом и гироскопы с замкнутым контуром в зависимости от типа контура. Волоконно-оптический гироскоп с открытым контуром не имеет обратной связи, напрямую детектирует оптический выходной сигнал, что позволяет избежать сложных оптических и схемных решений, обладает преимуществами простой конструкции, низкой цены, высокой надежности и низкого энергопотребления. Недостатком является низкая линейность вход-выход и малый динамический диапазон; в основном используется в качестве датчика угла. Базовой структурой волоконно-оптического гироскопа с открытым контуром является кольцевой двухлучевой интерферометр. Он в основном используется в случаях, когда точность невысока, а габариты малы.2. Текущее состояние и перспективы волоконно-оптических гироскоповВ связи с быстрым развитием волоконно-оптических гироскопов многие крупные компании, особенно производители военной техники, вложили огромные финансовые ресурсы в их изучение. Основные исследовательские компании США, Японии, Германии, Франции, Италии и России завершили индустриализацию гироскопов низкой и средней точности, и США сохранили лидирующие позиции в этой области исследований.Развитие волоконно-оптических гироскопов в нашей стране всё ещё находится на относительно отсталом уровне. По уровню развития разработка гироскопов делится на три эшелона: первый эшелон — это США, Великобритания и Франция, обладающие всеми возможностями для исследований и разработок в области гироскопов и инерциальной навигации; второй эшелон — это в основном Япония, Германия и Россия; Китай в настоящее время находится на третьем эшелоне. Исследования волоконно-оптических гироскопов в Китае начались относительно поздно, но благодаря усилиям большинства научных исследователей разрыв между нами и развитыми странами постепенно сократился.В настоящее время в Китае полностью сформирована производственная цепочка волоконно-оптических гироскопов, производители представлены как на верхнем, так и на нижнем уровнях этой цепочки. Точность разработки волоконно-оптических гироскопов достигла уровня, необходимого для инерциальных навигационных систем средней и низкой точности. Хотя их характеристики относительно невелики, они не создают узких мест, как это происходит с микросхемами.Дальнейшее развитие волоконно-оптических гироскопов будет сосредоточено на следующих аспектах:(1) Высокая точность. Более высокая точность является неизбежным требованием для замены лазерного гироскопа волоконно-оптическим гироскопом в современных системах навигации. В настоящее время технология высокоточных волоконно-оптических гироскопов еще не полностью зрелая.(2) Высокая стабильность и помехоустойчивость. Долговременная высокая стабильность также является одним из направлений развития волоконно-оптического гироскопа, который может поддерживать точность навигации в течение длительного времени в суровых условиях. Это требование к инерциальной навигационной системе для гироскопа. Например, в случае высоких температур, сильных землетрясений, сильного магнитного поля и т. д. волоконно-оптический гироскоп также должен обладать достаточной точностью, чтобы соответствовать требованиям пользователей.(3) Диверсификация продукции. Необходимо разрабатывать продукцию с различной точностью и различными потребностями. Разные пользователи предъявляют разные требования к точности навигации, а конструкция волоконно-оптического гироскопа проста, и для изменения точности требуется лишь регулировать длину и диаметр катушки. В этом отношении он имеет преимущество перед механическими и лазерными гироскопами, а также позволяет легче создавать изделия с различной точностью, что является неизбежным требованием практического применения волоконно-оптических гироскопов.(4) Масштаб производства. Снижение затрат также является одним из предварительных условий для принятия волоконно-оптических гироскопов пользователями. Масштаб производства различных компонентов может эффективно способствовать снижению производственных затрат, особенно для волоконно-оптических гироскопов средней и низкой точности.3. РезюмеСтабильность нулевого смещения волоконно-оптического гироскопа F50 составляет 0,1–0,3º/ч, а F60 — 0,05–0,2º/ч. Области их применения в основном одинаковы и могут использоваться в небольших инерциальных измерительных блоках (IMU), инерциальных навигационных системах (INS), системах слежения за сервоприводами головок самонаведения ракет, фотоэлектрических модулях, БПЛА и других областях. Для получения более подробной технической информации, пожалуйста, свяжитесь с нами.GF50Одноосевой волоконно-оптический гироскоп средней точности, соответствующий военным стандартам. GF60Одноосевой волоконно-оптический гироскоп, маломощный волоконно-оптический гироскоп, инерциальный измеритель угловой скорости для навигации. 

Основные положенияИзделие: Волоконно-оптический гироскоп на основе интегрированного оптического чипаОсновные характеристики:Компоненты: Используется интегрированный оптический чип, объединяющий такие функции, как люминесценция, расщепление луча, модуляция и детектирование, на платформе из тонкой пленки ниобата лития (LNOI).Функция: Обеспечивает «многофункциональную» интеграцию нечувствительных оптических трактов, уменьшая размеры и производственные затраты, одновременно улучшая поляризационную и фазовую модуляцию для точной работы гироскопа.Области применения: Подходит для позиционирования, навигации, управления ориентацией и измерения наклона нефтяных скважин.Оптимизация: Дальнейшее улучшение коэффициента подавления поляризации, мощности излучения и эффективности связи может повысить стабильность и точность.Заключение: Данная интегрированная конструкция открывает путь к созданию миниатюрных, недорогих волоконно-оптических гироскопов, отвечающих растущему спросу на компактные и надежные инерциальные навигационные решения.Благодаря преимуществам полностью твердотельной конструкции, высокой производительности и гибкой конструкции, волоконно-оптический гироскоп стал основным инерциальным гироскопом, широко используемым во многих областях, таких как позиционирование и навигация, управление ориентацией и измерение наклона нефтяных скважин. В новых условиях новое поколение инерциальных навигационных систем развивается в направлении миниатюризации и снижения стоимости, что предъявляет все более высокие требования к комплексным характеристикам гироскопа, таким как объем, точность и стоимость. В последние годы, благодаря преимуществам малых размеров, быстро развиваются гироскопы с полусферическим резонатором и MEMS-гироскопы, что оказывает определенное влияние на рынок волоконно-оптических гироскопов. Основная проблема уменьшения объема традиционных оптических гироскопов заключается в уменьшении объема оптического тракта. В традиционной схеме оптический тракт волоконно-оптического гироскопа состоит из нескольких дискретных оптических устройств, каждое из которых реализовано на основе различных принципов и процессов и имеет независимую упаковку и пигтейл. В результате, объем устройства в рамках существующих технических решений близок к пределу уменьшения, и дальнейшее сокращение объема волоконно-оптического гироскопа затруднительно. Поэтому крайне необходимо разработать новые технические решения для эффективной интеграции различных функций оптического тракта, значительного уменьшения объема оптического тракта гироскопа, повышения технологической совместимости и снижения себестоимости производства устройства.С развитием технологии полупроводниковых интегральных схем, интегральная оптическая технология постепенно достигла прорыва, размеры элементов постоянно уменьшались, достигнув микро- и наноуровня, что значительно способствовало техническому развитию интегральных оптических чипов и их применению в оптической связи, оптических вычислениях, оптическом зондировании и других областях. Интегральная оптическая технология предоставляет новое и перспективное техническое решение для миниатюризации и снижения стоимости оптических трактов волоконно-оптических гироскопов.1. Проектирование схемы интегрированного оптического чипа.1.1 Общий дизайнТрадиционный оптический источник света (SLD или ASE), волоконно-оптический соединитель (называемый «соединителем»), фазовый модулятор Y-образного волновода (называемый «модулятором Y-образного волновода»), детектор, чувствительное кольцо (волоконное кольцо). Среди них чувствительное кольцо является основным элементом датчика угловой скорости, и его объем напрямую влияет на точность гироскопа.Мы предлагаем гибридный интегральный чип, состоящий из источника света, многофункционального компонента и компонента обнаружения, реализованных посредством гибридной интеграции. Источник света представляет собой независимый компонент, состоящий из микросхемы SLD, компонента коллимации и изоляции, а также периферийных компонентов, таких как радиатор и полупроводниковый охладитель. Модуль обнаружения состоит из микросхемы обнаружения и микросхемы трансрезисторного усилителя. Многофункциональный модуль является основной частью гибридного интегрального чипа, реализованного на основе микросхемы из тонкой пленки ниобата лития (LNOI), и включает в себя, главным образом, оптический волновод, преобразователь модового пятна, поляризатор, разделитель лучей, аттенюатор мод, модулятор и другие структуры на кристалле. Луч, излучаемый микросхемой SLD, после изоляции и коллимации передается в волновод LNOI.Поляризатор отклоняет входящий свет, а аттенюатор моды ослабляет нерабочую моду. После того, как светоделитель разделяет луч, а модулятор модулирует фазу, выходной чип поступает в чувствительное кольцо и датчик угловой скорости. Интенсивность света улавливается детекторным чипом, а генерируемый фотоэлектрический выходной сигнал проходит через транзисторный усилитель в схему демодуляции.Гибридный интегрированный оптический чип обладает функциями люминесценции, разделения и объединения лучей, отклонения, модуляции, детектирования и т.д. Он реализует «многофункциональную» интеграцию нечувствительных функций оптического тракта гироскопа. Волоконно-оптические гироскопы зависят от чувствительности углового коэффициента когерентного луча с высокой степенью поляризации, и поляризационные характеристики напрямую влияют на точность гироскопов. Традиционный Y-волноводный модулятор сам по себе является интегрированным устройством, обладающим функциями отклонения, разделения и объединения лучей и модуляции. Благодаря методам модификации материалов, таким как протонный обмен или диффузия титана, Y-волноводные модуляторы обладают чрезвычайно высокой способностью отклонения. Однако тонкопленочные материалы должны учитывать требования к размеру, интеграции и способности отклонения, которые не могут быть удовлетворены методами модификации материалов. С другой стороны, модовое поле тонкопленочного оптического волновода значительно меньше, чем у волновода из объемного материала, что приводит к изменениям в распределении электростатического поля и параметрах показателя преломления, и требует перепроектирования структуры электродов. Поэтому поляризатор и модулятор являются ключевыми элементами конструкции «универсального» чипа.1.2 Специфический дизайнПоляризационные характеристики получаются за счет структурного смещения, и разработан поляризатор на кристалле, состоящий из изогнутого и прямого волноводов.Согласен. Изогнутый волновод позволяет ограничить разницу между режимом передачи и режимом без передачи, а также добиться эффекта смещения моды. Потери при передаче в режиме передачи уменьшаются за счет установки смещения.Характеристики пропускания оптического волновода в основном зависят от потерь на рассеяние, утечки мод, потерь на излучение и потерь на несоответствие мод. Теоретически, потери на рассеяние и утечка мод в небольших изогнутых волноводах невелики и в основном ограничены поздними этапами процесса. Однако потери на излучение в изогнутых волноводах являются неотъемлемой характеристикой и по-разному влияют на разные моды. Характеристики пропускания изогнутого волновода в основном зависят от потерь на несоответствие мод, а на стыке прямого и изогнутого волноводов происходит перекрытие мод, что приводит к резкому увеличению рассеяния мод. При прохождении световой волны в поляризованный волновод из-за наличия кривизны эффективный показатель преломления моды световой волны различен в вертикальном и параллельном направлениях, а также различно ограничение моды, что приводит к различным эффектам затухания для TE- и TM-мод.Следовательно, необходимо разработать параметры изгибаемого волновода для достижения требуемых характеристик отклонения. Среди них радиус изгиба является ключевым параметром. Потери передачи при различных радиусах изгиба и сравнение потерь между различными модами рассчитываются с помощью решателя собственных мод FDTD. Результаты расчетов показывают, что потери волновода уменьшаются с увеличением радиуса при малом радиусе изгиба. На этой основе рассчитывается зависимость поляризационных свойств (отношение TE-моды к TM-моде) от радиуса изгиба, и оказывается, что поляризационные свойства обратно пропорциональны радиусу изгиба. При определении радиуса изгиба внутрикристального поляризатора следует учитывать теоретические расчеты, результаты моделирования, технологические возможности и фактические потребности.Метод конечных разностей во временной области (FDTD) используется для моделирования поля прошедшего света поляризатора на кристалле. TE-мода может проходить через волноводную структуру с низкими потерями, в то время как TM-мода может вызывать заметное затухание моды, что позволяет получить поляризованный свет с высоким коэффициентом подавления. Увеличение числа каскадно соединенных волноводов позволяет дополнительно улучшить коэффициент подавления поляризации, и в микромасштабе можно получить коэффициент подавления поляризации лучше, чем -35 дБ. В то же время, структура волновода на кристалле проста, что облегчает изготовление недорогого устройства.2. Проверка производительности интегрированного оптического чипа.Основной чип LNOI интегрированного оптического чипа представляет собой неразрезанный образец с нанесенной на него многослойной структурой, размер которого составляет 11 мм × 3 мм. Тестирование характеристик интегрированного оптического чипа в основном включает измерение спектрального отношения, коэффициента подавления поляризации и напряжения полуволны.На основе интегрированного оптического чипа создан прототип гироскопа, и проведены испытания его характеристик. Статические характеристики гироскопа на основе интегрированного оптического чипа при нулевом смещении в условиях отсутствия вибрационной изоляции при комнатной температуре.Гироскоп, встроенный в оптический чип, имеет длительный дрейф в пусковом сегменте, который в основном вызван пусковыми характеристиками источника света и большими потерями в оптической линии связи. В ходе 90-минутного теста стабильность нулевого смещения гироскопа составила 0,17°/ч (10 с). По сравнению с гироскопом на основе традиционных дискретных устройств, показатель стабильности нулевого смещения ухудшается на порядок, что указывает на необходимость дальнейшей оптимизации интегрированного оптического чипа. Основные направления оптимизации: улучшение коэффициента подавления поляризации чипа, повышение световой мощности светоизлучающего чипа, повышение эффективности концевой связи чипа и снижение общих потерь интегрированного чипа.3. Краткое содержаниеМы предлагаем интегрированный оптический чип на основе LNOI, который позволяет реализовать интеграцию нечувствительных функций, таких как люминесценция, расщепление луча, объединение луча, отклонение, модуляция и детектирование. Стабильность нулевого смещения прототипа гиро на основе интегрированного оптического чипа составляет 0,17°/ч. По сравнению с традиционными дискретными устройствами, характеристики чипа все еще имеют определенный разрыв, который требует дальнейшей оптимизации и улучшения. Мы предварительно исследуем возможность полной интеграции функций оптического тракта, за исключением кольца, что позволяет максимизировать ценность применения интегрированного оптического чипа в гиро и удовлетворить потребности в миниатюризации и снижении стоимости волоконно-оптических гиро.GF50Одноосевой волоконно-оптический гироскоп средней точности, соответствующий военным стандартам. GF60Одноосевой волоконно-оптический гироскоп, маломощный волоконно-оптический гироскоп, инерциальный измеритель угловой скорости для навигации. 

Основные положенияПродукт: Система обнаружения деформаций на основе волоконно-оптического гироскопаОсновные характеристики:Компоненты: Включает в себя высокоточные волоконно-оптические гироскопы для измерения угловой скорости и расчета траектории.Функция: Объединяет гироскопические данные с измерениями расстояния для высокоточного обнаружения структурных деформаций.Области применения: Подходит для гражданского строительства, мониторинга состояния конструкций и анализа деформаций в мостах, зданиях и других сооружениях.Характеристики: Обеспечивает точность обнаружения деформаций лучше 10 мкм при скорости движения 2 м/с с использованием гироскопов средней точности.Преимущества: компактная конструкция, малый вес, низкое энергопотребление и удобство в эксплуатации для простоты развертывания.Заключение:Эта система обеспечивает точные и надежные измерения деформаций, предлагая ценные решения для инженерных и структурных задач анализа.1. Метод обнаружения деформаций инженерных конструкций на основе волоконно-оптического гироскопа.Принцип метода обнаружения деформаций инженерных конструкций на основе волоконно-оптического гироскопа заключается в следующем: волоконно-оптический гироскоп крепится к измерительному устройству, измеряется угловая скорость измерительной системы при перемещении по измеряемой поверхности инженерной конструкции, измеряется рабочее расстояние измерительного устройства, и рассчитывается траектория движения измерительного устройства для осуществления обнаружения деформаций инженерной конструкции. В данной статье этот метод называется траекторным методом. Этот метод можно описать как «двумерную плоскостную навигацию», то есть положение носителя определяется на отвесной поверхности измеряемой конструкции, и в конечном итоге получается траектория движения носителя вдоль измеряемой поверхности.Согласно принципу траекторного метода, основными источниками ошибок являются ошибка определения положения, ошибка измерения расстояния и ошибка измерения угла. Ошибка определения положения относится к ошибке измерения начального угла наклона θ0, ошибка измерения расстояния — к ошибке измерения ΔLi, а ошибка измерения угла — к ошибке измерения Δθi, которая в основном вызвана ошибкой измерения угловой скорости волоконно-оптического гироскопа. В данной работе не рассматривается влияние ошибки определения положения и ошибки измерения расстояния на ошибку обнаружения деформации, анализируется только ошибка обнаружения деформации, вызванная ошибками волоконно-оптического гироскопа.2. Анализ точности обнаружения деформаций на основе волоконно-оптического гироскопа.2.1 Моделирование ошибок волоконно-оптического гироскопа в приложениях обнаружения деформацийВолоконно-оптический гироскоп — это датчик для измерения угловой скорости, основанный на эффекте Сагнака. После прохождения света, излучаемого источником, через Y-образный волновод, в волоконном кольце формируются два световых луча, вращающихся в противоположных направлениях. Когда несущая вращается относительно инерциального пространства, между двумя световыми лучами возникает разность оптических путей, и на конце детектора может быть обнаружен оптический интерференционный сигнал, связанный с угловой скоростью вращения, что позволяет измерить диагональную скорость.Математическое выражение выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа имеет вид: F = Kw + B0 + V, где F — выходной сигнал гироскопа, K — масштабный коэффициент, а ω — значение параметра гироскопа.Входная угловая скорость на чувствительной оси, B0 — это гироскопическое нулевое смещение, υ — интегральная ошибка, включающая белый шум и медленно изменяющиеся компоненты, вызванные различными шумами с длительным временем корреляции; υ также можно рассматривать как ошибку нулевого смещения.Источниками погрешности измерения волоконно-оптического гироскопа являются погрешность масштабного коэффициента и погрешность нулевого отклонения. В настоящее время погрешность масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа, применяемого в технике, составляет 10⁻⁵~10⁻⁶. При применении для обнаружения деформаций входной сигнал угловой скорости невелик, и погрешность измерения, вызванная погрешностью масштабного коэффициента, значительно меньше, чем погрешность нулевого отклонения, поэтому ею можно пренебречь. Постоянная составляющая погрешности нулевого смещения характеризуется повторяемостью нулевого смещения Br, которая представляет собой стандартное отклонение значения нулевого смещения в нескольких измерениях. Переменная составляющая характеризуется стабильностью нулевого смещения Bs, которая представляет собой стандартное отклонение выходного значения гироскопа от его среднего значения в одном измерении, и ее значение связано с временем дискретизации гироскопа.2.2 Расчет погрешности деформации на основе волоконно-оптического гироскопаНа примере простой балки с опорами рассчитывается погрешность обнаружения деформации, и строится теоретическая модель деформации конструкции. На этой основе устанавливается алгоритм обнаружения.Исходя из скорости работы и частоты дискретизации системы, можно получить теоретическую угловую скорость волоконно-оптического гироскопа. Затем, используя разработанную выше модель ошибки нулевого отклонения, можно смоделировать погрешность измерения угловой скорости волоконно-оптического гироскопа.2.3 Пример расчета моделированияВ режиме моделирования скорости движения и времени выборки используется изменяющийся диапазон, то есть величина ΔLi, прошедшая за каждый момент выборки, фиксирована, а время выборки для одного и того же отрезка линии изменяется при изменении скорости движения. Например, если ΔLi равно 1 мм, то при скорости движения 2 м/с время выборки составляет 0,5 мс. Если скорость движения равна 0,1 м/с, время выборки составляет 10 мс.3. Взаимосвязь между характеристиками волоконно-оптического гироскопа и погрешностью измерения деформации.Во-первых, анализируется влияние ошибки повторяемости нулевого смещения. Когда отсутствует ошибка стабильности нулевого смещения, ошибка измерения угловой скорости, вызванная ошибкой нулевого смещения, фиксирована, например, чем выше скорость движения, тем короче общее время измерения, тем меньше влияние ошибки нулевого смещения и тем меньше ошибка измерения деформации. При высокой скорости движения ошибка стабильности нулевого смещения является основным фактором, вызывающим ошибку измерения системы. При низкой скорости движения ошибка повторяемости нулевого смещения становится основным источником ошибки измерения системы.Используя типичный индекс среднеточного волоконно-оптического гироскопа, то есть стабильность нулевого смещения составляет 0,5 °/ч при времени выборки 1 с, а повторяемость нуля — 0,05 °/ч, сравниваем погрешности измерения системы при рабочих скоростях 2 м/с, 1 м/с, 0,2 м/с, 0,1 м/с, 0,02 м/с, 0,01 м/с, 0,002 м/с и 0,001 м/с. При рабочей скорости 2 м/с погрешность измерения составляет 8,514 мкм (среднеквадратичное значение), при снижении скорости измерения до 0,2 м/с погрешность измерения составляет 34,089 мкм (среднеквадратичное значение), при снижении скорости измерения до 0,002 м/с погрешность измерения составляет 2246,222 мкм (среднеквадратичное значение). Как видно из результатов сравнения, чем выше рабочая скорость, тем меньше погрешность измерения. С учетом удобства эксплуатации, скорость движения 2 м/с позволяет достичь точности измерения более 10 мкм.4. Краткое содержаниеНа основе имитационного анализа измерения деформации инженерной конструкции с помощью волоконно-оптического гироскопа была построена модель погрешности волоконно-оптического гироскопа, и с использованием простой модели балки на опоре была получена зависимость между погрешностью измерения деформации и характеристиками гироскопа. Результаты моделирования показывают, что чем быстрее работает система, то есть чем короче время выборки волоконно-оптического гироскопа, тем выше точность измерения деформации при неизменном количестве выборок и тем выше точность определения расстояния. При типичном индексе волоконно-оптического гироскопа средней точности и скорости работы 2 м/с может быть достигнута точность измерения деформации лучше 10 мкм.Гироскоп Micro-Magic Inc GF-50 имеет диаметр φ50*36,5 мм и точность 0,1º/ч. Точность GF-60 составляет 0,05º/ч, что соответствует высокому тактическому уровню волоконно-оптических гироскопов. Наша компания производит гироскопы с малыми размерами, легким весом, низким энергопотреблением, быстрым запуском, простотой в эксплуатации и удобством использования. Они широко применяются в инерциальных навигационных системах (ИНС), инерциальных измерительных блоках (ИМУ), системах позиционирования, системах определения севера, системах стабилизации платформ и других областях. Если вас заинтересовал наш волоконно-оптический гироскоп, пожалуйста, свяжитесь с нами.GF50Одноосевой волоконно-оптический гироскоп средней точности, соответствующий военным стандартам. GF60Одноосевой волоконно-оптический гироскоп, маломощный волоконно-оптический гироскоп, инерциальный измеритель угловой скорости для навигации. 

Основные положенияИзделие: волоконно-оптический гироскоп (ВОГ)Основные характеристики:Компоненты: Основан на оптоволоконных катушках, использующих эффект Сагнака для точных измерений углового смещения.Функция: Обеспечивает высокую чувствительность и точность, идеально подходит для определения ориентации движущихся объектов.Области применения: Широко используется в военной сфере (например, системы наведения ракет, навигация танков) и расширяет свое применение в гражданских секторах (например, автомобильная навигация, геодезия).Технология слияния данных: объединяет инерциальные измерения с передовой микроэлектроникой для повышения точности и стабильности.Заключение: Волоконно-оптический гироскоп играет ключевую роль в высокоточной навигации и обладает многообещающим потенциалом развития в самых разных областях применения.Рынок волоконно-оптических гироскоповБлагодаря своим уникальным преимуществам, волоконно-оптический гироскоп имеет широкие перспективы развития в области точного измерения физических величин. Поэтому изучение влияния оптических устройств и физической среды на характеристики волоконно-оптических гироскопов и подавление относительного шума интенсивности стали ключевыми технологиями для создания высокоточных волоконно-оптических гироскопов. С углублением исследований будет значительно развиваться и применяться интегрированный волоконно-оптический гироскоп с высокой точностью и миниатюризацией.Волоконно-оптический гироскоп является одним из основных устройств в области инерциальной техники на сегодняшний день. С повышением уровня технологий масштабы применения волоконно-оптических гироскопов будут продолжать расширяться. Как основной компонент волоконно-оптических гироскопов, спрос на них на рынке также будет расти. В настоящее время высококачественные волоконно-оптические кольца в Китае по-прежнему приходится импортировать, и в условиях общей тенденции к замещению отечественными компонентами, ключевая конкурентоспособность китайских предприятий, занимающихся производством волоконно-оптических колец, и их собственные научно-исследовательские возможности нуждаются в дальнейшем повышении.В настоящее время оптоволоконные кольца в основном используются в военной сфере, но с расширением применения оптоволоконных гироскопов в гражданской сфере доля оптоволоконных колец в гражданском секторе будет еще больше увеличена.Согласно отчету «Обзор рынка волоконно-оптических гироскопов в Китае за 2022-2027 годы и рекомендации по инвестициям»:Волоконно-оптический гироскоп — это чувствительный элемент, основанный на оптической волоконной катушке, в которой свет, излучаемый лазерным диодом, распространяется вдоль оптического волокна в двух направлениях. Разница в путях распространения света определяет угловое смещение чувствительного элемента. Современный волоконно-оптический гироскоп — это прибор, способный точно определять ориентацию движущихся объектов. Это инерциальный навигационный прибор, широко используемый в современной авиации, навигации, аэрокосмической отрасли и оборонной промышленности. Его разработка имеет большое стратегическое значение для промышленности страны, национальной обороны и других высокотехнологичных разработок.Волоконно-оптический гироскоп — это новый полностью твердотельный волоконно-оптический датчик, основанный на эффекте Сагнака. В зависимости от режима работы волоконно-оптические гироскопы можно разделить на интерферометрические (I-FOG), резонансные (R-FOG) и гироскопы с использованием стимулированного рассеяния Бриллюэна (B-FOG). По точности волоконно-оптические гироскопы делятся на: тактический уровень низкого уровня, тактический уровень высокого уровня, навигационный уровень и прецизионный уровень. Волоконно-оптические гироскопы можно разделить на военные и гражданские в зависимости от их открытости. В настоящее время большинство волоконно-оптических гироскопов используется в военных целях: ориентация истребителей и ракет, навигация танков, измерение курса подводных лодок, боевые машины пехоты и другие области. Гражданское применение в основном включает навигацию автомобилей и самолетов, геодезические работы, бурение нефтяных скварок и другие области.В зависимости от точности волоконно-оптического гироскопа, его применение варьируется от стратегического оружия и оборудования до коммерческих гражданских областей. Волоконно-оптические гироскопы средней и высокой точности в основном используются в высокотехнологичном вооружении и оборудовании, например, в аэрокосмической отрасли, в то время как недорогие волоконно-оптические гироскопы низкой точности в основном применяются в нефтедобыче, системах управления ориентацией сельскохозяйственной авиации, робототехнике и многих других гражданских областях с низкими требованиями к точности. С развитием передовых микроэлектронных и оптоэлектронных технологий, таких как фотоэлектрическая интеграция и разработка специальной оптики для волоконно-оптических гироскопов, ускорилась миниатюризация и снижение стоимости волоконно-оптических гироскопов.Краткое содержаниеВолоконно-оптический гироскоп от Micro-Magic Inc. — это, в основном, тактический волоконно-оптический гироскоп средней точности. По сравнению с другими производителями, он отличается низкой стоимостью, длительным сроком службы, очень привлекательной ценой и широкой областью применения. В линейку входят две очень популярные модели: GF50 и GF-60. Для получения более подробной технической информации вы можете перейти на страницу с подробным описанием.GF50Одноосевой волоконно-оптический гироскоп средней точности, соответствующий военным стандартам. GF60Одноосевой волоконно-оптический гироскоп, маломощный волоконно-оптический гироскоп, инерциальный измеритель угловой скорости для навигации. 

Основные положения Изделие: Волоконно-оптический гироскоп GF70ZKОсновные характеристики:Компоненты: Использует волоконно-оптические гироскопы для высокоточных инерциальных измерений.Функция: Обеспечивает быстрый запуск и надежные навигационные данные для различных приложений.Области применения: Подходит для инерциальных навигационных систем, систем обеспечения устойчивости платформ и систем позиционирования в аэрокосмической отрасли и беспилотных транспортных средствах.Характеристики: Стабильность нулевого смещения в диапазоне от 0,01 до 0,02, оптимизированная для обеспечения необходимой точности и диапазона измерений.В заключение: GF70ZK сочетает в себе компактные размеры и низкое энергопотребление, что делает его универсальным выбором для сложных навигационных задач в различных отраслях промышленности.1. Что такое инерциальная навигация?Чтобы понять, что такое инерциальная навигация, сначала нужно разбить это выражение на две части: навигация + инерция.Проще говоря, навигация — это решение задачи перемещения из одного места в другое с указанием направления, как правило, с помощью компаса.Инерция, первоначально выведенная из ньютоновской механики, обозначает свойство объекта сохранять свое состояние движения. Она выполняет функцию регистрации информации о состоянии движения объекта.Для иллюстрации инерциальной навигации используется простой пример. Ребенок и его друг играют в игру у входа в комнату, выложенную плитками, и идут по плиткам на другую сторону по определенным правилам: один шаг вперед, три шага влево, пять шагов вперед, два шага вправо… Каждый его шаг равен длине напольной плитки, и люди за пределами комнаты могут получить полную траекторию его движения, нарисовав соответствующую длину и маршрут на бумаге. Им не нужно видеть комнату, чтобы знать положение ребенка, его скорость и т.д.Основной принцип инерциальной навигации и некоторых других типов навигации примерно таков: зная своё начальное положение, начальную ориентацию (ориентацию), направление и направление движения в каждый момент времени, нужно немного продвинуться вперёд. Сложите эти значения (что соответствует операции математического интегрирования), и вы получите свою ориентацию, положение и другую информацию.Итак, как получить информацию о текущей ориентации (положении) и координатах движущегося объекта? Для этого необходимо использовать множество датчиков; в инерциальной навигации это, например, акселерометр и гироскоп.Инерциальная навигация использует гироскоп и акселерометр для измерения угловой скорости и ускорения носителя в инерциальной системе отсчета, интегрирует и вычисляет время для получения скорости и относительного положения, а затем преобразует их в навигационную систему координат, так что текущее положение носителя может быть получено путем объединения информации о начальном положении.Инерциальная навигация — это система навигации с замкнутым контуром управления, в которой отсутствует внешний ввод данных для коррекции ошибок во время движения несущей. Поэтому отдельная инерциальная навигационная система может использоваться только в течение коротких периодов навигации. Для длительной работы системы необходимо периодически корректировать накопленную внутреннюю ошибку с помощью спутниковой навигации.2. Гироскопы в инерциальной навигацииТехнология инерциальной навигации широко используется в аэрокосмической отрасли, спутниковой навигации, БПЛА и других областях благодаря высокой скрытности и полной автономности в получении информации о движении. Особенно в области микродронов и автономного вождения технология инерциальной навигации может предоставлять точную информацию о направлении и скорости и играть незаменимую роль в сложных условиях или когда другие внешние вспомогательные навигационные сигналы не могут обеспечить преимущества автономной навигации в окружающей среде, обеспечивая надежное измерение ориентации и положения. В качестве важного компонента в инерциальной навигационной системе, волоконно-оптический гироскоп играет решающую роль в ее навигационных возможностях. В настоящее время на рынке представлены в основном волоконно-оптические гироскопы и MEMS-гироскопы. Хотя точность волоконно-оптического гироскопа высока, вся его система состоит из соединителей,Модулятор, оптическое волоконное кольцо и другие дискретные компоненты приводят к большим объемам и высокой стоимости, в микро-БПЛА, беспилотных летательных аппаратах и ​​других областях не могут удовлетворить требованиям миниатюризации и низкой стоимости, что значительно ограничивает их применение. Хотя MEMS-гироскопы могут быть миниатюризированы, их точность низка. Кроме того, они имеют подвижные части, низкую устойчивость к ударам и вибрации, и их трудно применять в суровых условиях.3. Краткое содержаниеВолоконно-оптический гироскоп GF70ZK от Micro-Magic Inc. разработан в соответствии с концепцией традиционных волоконно-оптических гироскопов, имеет небольшие размеры (70*70*32 мм), малый вес (менее 250 г), низкое энергопотребление (менее 4 Вт), быстрый запуск (всего 5 секунд). Этот волоконно-оптический гироскоп прост в эксплуатации и использовании и широко применяется в инерциальных навигационных системах (ИНС), инерциальных измерительных блоках (ИМУ), системах позиционирования, системах определения севера, системах стабилизации платформ и других областях.Стабильность нулевого смещения нашего GF80 составляет от 0,01 до 0,02. Самое большое различие между этими двумя волоконно-оптическими гироскопами заключается в разном диапазоне измерений. Конечно, наш волоконно-оптический гироскоп может использоваться в инерциальной навигации. Вы можете сделать детальный выбор в зависимости от точности и диапазона измерений. Приглашаем вас в любое время проконсультироваться с нами и получить более подробную техническую информацию.GF70ZKВолоконно-оптический гироскоп, датчики определения направления на север, инерциальная навигация, система определения положения/азимута. Г-Ф80Миниатюрные волоконно-оптические гиродатчики, компактный размер 80 мм.