ژیروسکوپهای نوری، همچنین به عنوان ژیروسکوپ های فیبر نوری (مه) یا ژیروسکوپ لیزر حلقه (RLG) شناخته می شود ، یکی از مهمترین پیشرفت ها در زمینه فناوری ناوبری و جهت گیری را نشان می دهد. بر خلاف ژیروسکوپ های مکانیکی سنتی ، که به روتورهای چرخش متکی هستند ، ژیروسکوپ های نوری از تداخل امواج نوری برای اندازه گیری چرخش استفاده می کنند. این اصل اساسی مزایای مختلفی از جمله دقت بالاتر ، دوام طولانی تر و مقاومت در برابر سایش محیطی را ارائه می دهد.
اما چرا ژیروسکوپ های نوری در چشم انداز فناوری امروز بسیار مهم هستند؟ پاسخ در تقاضای رو به رشد برای موقعیت یابی دقیق و جهت گیری در محیط هایی است که سیگنال های GPS غیرقابل اعتماد یا کاملاً در دسترس نیستند. به عنوان مثال ، زیردریایی ها در اعماق زیر سطح اقیانوس ، هواپیمایی که در مناطق با GPS و فضاپیما پرواز می کنند و در خارج از مدار زمین کار می کنند ، همه به سیستم های ناوبری نیاز دارند که می توانند به طور مستقل از ماهواره ها عمل کنند. ژیروسکوپ های نوری این شکاف را پر می کنند و داده های ناوبری پایدار ، قابل اعتماد و مداوم را بدون وابستگی به سیگنال های خارجی فراهم می کنند.
یکی دیگر از عوامل مهم امنیت است. با توجه به نگرانی های فزاینده در مورد جعل GPS و فریب دادن در عملیات نظامی و غیرنظامی ، سازمان ها در سراسر جهان به سمت سیستم های ناوبری اینرسی که توسط ژیروسکوپ های نوری به عنوان یک گزینه جایگزین امن هستند ، روی می آورند. بر خلاف GPS ، ژیروسکوپ های نوری به راحتی نمی توانند مختل شوند و آنها را برای پروژه های دفاعی ، هوافضا و زیرساخت های مهم حیاتی می کنند.
صنایع اتخاذ فناوری ژیروسکوپ نوری به سرعت در حال گسترش هستند. شرکت های هوافضا از آنها برای کنترل نگرش هواپیما و سیستم های خودکار استفاده می کنند. صنایع دریایی آنها را در مجموعه های ناوبری برای زیردریایی ها و کشتی های سطحی ادغام می کنند. مبتکران خودرو در حال بررسی ژیروسکوپ های نوری برای سیستم های رانندگی خودمختار هستند ، جایی که دقت و ایمنی مهم است. حتی در اکتشاف انرژی ، ژیروسکوپ های نوری برای سیستم های حفاری استفاده می شوند و از تراز صحیح حفره در شرایط شدید زیرزمینی اطمینان می دهند.
برای درک چگونگی دستیابی به ژیروسکوپ های نوری به عملکرد قابل توجه خود ، باید به اصول عملیاتی آنها نگاه کنیم. این فناوری مبتنی براثر ساق پا، که توسط فیزیکدان فرانسوی ژرژ ساگناک در سال 1913 کشف شد. این اصل نسبتاً ساده است: وقتی نور در مسیرهای مخالف در طول یک مسیر نوری بسته حرکت می کند ، هر چرخش سیستم باعث تغییر فاز قابل اندازه گیری بین دو تیر می شود. با تشخیص این تغییر فاز ، ژیروسکوپ می تواند سرعت چرخش را با دقت شدید محاسبه کند.
این فرآیند نیاز به حرکت قطعات مکانیکی را که مستعد پوشیدن ، اصطکاک و کالیبراسیون هستند ، از بین می برد. در عوض ، ژیروسکوپ های نوری از کویل های فیبر یا حفره های لیزری استفاده می کنند که نور را در مسیرهای طولانی راهنمایی می کنند و حساسیت به سرعت زاویه ای را تقویت می کنند.
در اینجا به همین دلیل ژیروسکوپ های نوری از سایر فناوری ها متمایز هستند:
دوام:بدون هیچ مؤلفه ریسندگی مکانیکی ، ژیروسکوپ های نوری طولانی تر هستند و نیاز به نگهداری کمتری دارند.
دقت:آنها دقت را به کسری از درجه در ساعت ، برای هوافضا و دفاع ضروری می دهند.
ثبات:عملکرد آنها در محدوده درجه حرارت و فشار گسترده قابل اعتماد است.
مقیاس پذیری:ژیروسکوپ های فیبر نوری را می توان در اندازه های مختلف طراحی کرد تا همه چیز را از هواپیماهای بدون سرنشین جمع و جور گرفته تا کشتی های بزرگ دریایی متناسب کند.
برای نشان دادن مزایای فنی ژیروسکوپ های نوری ، در اینجا لیستی از پارامترهای اصلی که اغلب در صنعت اندازه گیری می شوند وجود دارد:
| پارامتر | دامنه/مشخصات معمولی | اهمیت |
|---|---|---|
| ثبات تعصب | 0.001 ° در ساعت - 0.1 ° در ساعت | رانش طولانی مدت خروجی ژیروسکوپ را تعیین می کند. |
| دقت عامل مقیاس | 10 ppm - 50 ppm ppm | اندازه گیری قوام بین سرعت زاویه ای و سیگنال خروجی ژیروسکوپ. |
| پیاده روی تصادفی (ARW) | 0.001 °/√H - 0.05 °/√ HH | سطح سر و صدا و ثبات را برای ناوبری دقیق نشان می دهد. |
| دامنه دمای عملیاتی | -40 درجه سانتیگراد تا +70 درجه سانتیگراد | قابلیت اطمینان در محیط های مختلف ، از قطب شمال تا بیابان را تضمین می کند. |
| طول فیبر | 1 کیلومتر - 5 کیلومتر (معمولی برای طرح های مه) | فیبر طولانی تر حساسیت به چرخش زاویه ای را افزایش می دهد. |
| رابط خروجی | دیجیتال (RS422 ، CAN ، اترنت) | ادغام آسان در سیستم های ناوبری را امکان پذیر می کند. |
| مصرف برق | 2 W - 10 W بسته به مدل | کارآیی برای هواپیماهای بدون سرنشین ، وسایل نقلیه و فضاپیما مهم است. |
| MTBF (میانگین زمان بین شکست.) | > 100000 ساعت | طول عمر طولانی عملیاتی را در برنامه های بحرانی ماموریت نشان می دهد. |
پارامترهای فوق منعکس کننده چگونگی ارائه ژیروسکوپ های نوری هم دقت علمی و هم دوام عملی است. این تعادل منحصر به فرد به همین دلیل است که آنها به مأموریت هایی که در آن خرابی گزینه ای نیست ، اعتماد دارند.
ژیروسکوپ های مکانیکی یک بار بر سیستم های ناوبری حاکم بودند ، اما در کاربردهای مدرن با محدودیت های جدی روبرو هستند. اصطکاک ، سایش مکانیکی و وابستگی به قطعات متحرک طول عمر و دقت آنها را کاهش می دهد. از آنجا که صنایع استانداردهای بالاتری را تقاضا می کنند ، ژیروسکوپ های نوری به سرعت به عنوان راه حل ترجیحی ظاهر می شوند.
1. قابلیت اطمینان بدون نگهداری
بر خلاف ژیروسکوپ های مکانیکی ، ژیروسکوپ های نوری هیچ روتور یا یاتاقان متحرک ندارند. این طرح خطرات شکست را به حداقل می رساند و عمر عملیاتی طولانی تر با حداقل کالیبراسیون را تضمین می کند.
2. دقت برتر
در دفاع و هوافضا ، جایی که حتی یک خطای جزئی می تواند عواقب فاجعه بار داشته باشد ، ژیروسکوپ های نوری دقت مورد نیاز برای ناوبری ایمن و دقیق را ارائه می دهند.
3. سازگاری در محیط ها
دستگاه های مکانیکی تحت لرزش ، دمای شدید یا تداخل الکترومغناطیسی مبارزه می کنند. ژیروسکوپ های نوری در چنین شرایطی پایدار هستند و آنها را برای صنایع متنوع-از حفاری در اعماق دریا تا مأموریت های فضایی بیرونی-ایده آل می کنند.
4. استقلال از GPS
محیط های Denied GPS به طور فزاینده ای متداول هستند. زیردریایی ها ، فضاپیما یا مناطقی که دارای GPS عمدی هستند ، نیاز به راه حل های جایگزین دارند. ژیروسکوپ های نوری سیستم های ناوبری را توانمند می کنند تا عملکردی و مستقل از سیگنال های ماهواره ای باقی بمانند.
5. ادغام با فن آوری های مدرن
ژیروسکوپ های نوری به راحتی با سیستم های دیجیتالی از جمله نرم افزار پیشرفته ناوبری ، سیستم عامل های خودروهای خودمختار و سیستم های کنترل روباتیک ادغام می شوند. این سازگاری باعث می شود که آنها برای صنایع به سرعت در حال تحول در آینده آماده شوند.
هوافضا:برای جهت گیری دقیق در هواپیما ، موشک و ماهواره استفاده می شود.
دریایی:در ناوبری کشتی و زیردریایی اعمال می شود و از صحت در عملیات زیر آب GPS استفاده می شود.
خودرو:برای ناوبری ایمن در سیستم عامل های رانندگی خودمختار ادغام شده است.
انرژی و اکتشاف:تراز دقیق حفاری و نقشه برداری ژئوفیزیکی را امکان پذیر می کند.
دفاع و امنیت:برای راهنمایی موشکی و وسایل نقلیه نظامی که در شرایط خصمانه فعالیت می کنند بسیار مهم است.
تغییر به سمت ژیروسکوپ های نوری فقط یک ارتقاء تکنولوژیکی نیست - این یک ضرورت برای صنایعی است که خواستار قابلیت اطمینان ، دقت و استقلال در سیستم های ناوبری هستند.
آینده ناوبری عمیقاً با ژیروسکوپ های نوری گره خورده است. از آنجا که تقاضا برای سیستم های خودمختار ، اکتشافات در فضای عمیق و ناوبری دفاعی ایمن همچنان در حال رشد است ، ژیروسکوپ های نوری به عنوان ستون فقرات راه حل های ناوبری نسل بعدی خدمت می کنند.
در هوافضا و اکتشافات فضا
هواپیماهای آینده برای سیستم های خودکار تر اتوپیلوت و جبران تلاطم به ژیروسکوپ های نوری متکی هستند. در مأموریت های فضایی ، جایی که GPS نمی تواند کار کند ، ژیروسکوپ های نوری تضمین می کنند که فضاپیما جهت گیری و مسیر را با دقت بی نظیر حفظ می کند.
در وسایل نقلیه خودمختار
اتومبیل های بدون راننده ، هواپیماهای بدون سرنشین تحویل و سیستم های تدارکات روباتیک به داده های جهت گیری مداوم و دقیق نیاز دارند. ژیروسکوپ های نوری ، همراه با Lidar و AI ، مقاومت لازم برای کار با خیال راحت در زمین های شهری ، روستایی و خصمانه را فراهم می کنند.
در امنیت جهانی
با افزایش نگرانی در مورد امنیت سایبری و تداخل سیگنال ، ژیروسکوپ های نوری با فراهم کردن ناوبری مستقل تحت تأثیر تلاش های جنجالی یا کلاهبرداری ، سیستم های دفاعی ملی را تقویت می کنند.
در تحقیقات علمی
از مطالعه میدان مغناطیسی زمین تا نظارت بر حرکات صفحه تکتونیکی ، ژیروسکوپ های نوری در حال حاضر در ایستگاه های تحقیقاتی ادغام می شوند. دقت آنها به دانشمندان کمک می کند تا داده های ارزشمندی را برای مطالعات زیست محیطی و زمین شناسی جمع آوری کنند.
این فناوری همچنین به سرعت در حال پیشرفت است. مینیاتوریزاسیون ، کاهش مصرف برق و ادغام ترکیبی با سنسورهای MEMS باعث می شود ژیروسکوپ های نوری مقرون به صرفه تر و مناسب تر برای فن آوری های درجه مصرف کننده باشند. نتیجه این امر فراتر از هوافضا و دفاع خواهد بود ، احتمالاً در آینده به الکترونیک مصرفی ، تلفن های هوشمند و پوشیدنی می رسد.
Q1: مزیت اصلی ژیروسکوپ های نوری نسبت به مکانیکی چیست؟
A1: ژیروسکوپ های نوری دقت بالاتری ، طول عمر طولانی تر و قابلیت اطمینان را بدون جابجایی قطعات ارائه می دهند و آنها را برای محیط های خواستار مناسب تر می کند.
Q2: چگونه ژیروسکوپ های نوری به وسایل نقلیه خودمختار کمک می کنند؟
A2: آنها داده های جهت گیری و چرخش مداوم را ارائه می دهند ، اطمینان حاصل می کنند که وسایل نقلیه می توانند با خیال راحت حرکت کنند حتی اگر سیگنال های GPS ضعیف یا در دسترس نباشند.
Q3: چرا ژیروسکوپ های نوری در برنامه های دفاعی بسیار مهم هستند؟
A3: آنها ناوبری ایمن و مقاوم در برابر مداخله را ارائه می دهند ، و اطمینان می دهند که عملیات نظامی در شرایط GPS یا تحت تأثیر GPS دقیق و قابل اعتماد باقی می ماند.
ژیروسکوپ های نوری دیگر ابزارهای طاقچه محدود به آزمایشگاههای هوافضا نیستند. آنها به مؤلفه های اساسی سیستم های ناوبری مدرن تبدیل شده اند و فن آوری های قدیمی را با دقت ، قابلیت اطمینان و سازگاری برتر جایگزین می کنند. از مأموریت های فضایی گرفته تا وسایل نقلیه خودمختار ، تأثیر آنها در حال تغییر شکل صنایع و تعیین استانداردهای جدید برای صحت است.
درجین، ما متعهد به ارائه راه حل های پیشرفته ژیروسکوپ نوری هستیم که بالاترین خواسته های صنعت را برآورده می کند. محصولات ما با دوام ، دقت و انعطاف پذیری ادغام در ذهن طراحی شده اند و اطمینان حاصل می کنند که آنها حتی در سخت ترین شرایط نیز عملکرد دارند. برای کشف چگونگی پشتیبانی ژیروسکوپ های نوری ما می توانند از پروژه ها یا برنامه های شما پشتیبانی کنند ،با ما تماس بگیریدامروز و آینده ناوبری دقیق را کشف کنید.
برای اطلاعات بیشتر در مورد محصولات ما، لطفا با Jioptik تماس بگیرید.
