ژیروسکوپ های لیزریبه یک جزء اصلی در ناوبری با دقت بالا، کنترل نگرش، و سیستم های موقعیت یابی در سراسر هوافضا، دفاع، رباتیک، مهندسی دریایی و وسایل نقلیه خودران تبدیل شده اند. توانایی آنها برای اندازهگیری چرخش با پایداری استثنایی - بدون تکیه بر قطعات مکانیکی متحرک - آنها را برای محیطهایی که دقت، قابلیت اطمینان و دوام طولانیمدت حیاتی هستند، ضروری میسازد.
ژیروسکوپ لیزری بر اساساثر ساگناکیک اصل فیزیکی که در آن دو پرتو لیزر در جهت مخالف در یک حفره نوری بسته حرکت می کنند. هنگامی که سیستم می چرخد، اختلاف طول مسیر بین پرتوها تغییر می کند و در نتیجه یک تغییر فرکانس قابل اندازه گیری ایجاد می شود. این تغییر فرکانس مستقیماً با سرعت زاویه ای مطابقت دارد.
عدم وجود قطعات متحرک مکانیکی به طور قابل توجهی سایش، رانش و نیازهای تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد، در حالی که حفره نوری تثبیت شده عملکرد طولانی مدت را حتی در نوسانات دما یا محیط های عملیاتی با لرزش سنگین تضمین می کند. ژیروسکوپ های لیزری با حفظ انسجام نوری و استفاده از اجزای لیزری با مهندسی دقیق، خروجی های بسیار پایدار مناسب برای سیستم های حیاتی تولید می کنند.
جدول زیر مشخصات معمول یک ژیروسکوپ لیزری با کارایی بالا را که در کاربردهای هوافضا و صنعتی استفاده می شود، خلاصه می کند:
| پارامتر | مشخصات |
|---|---|
| نوع لیزر | لیزر He-Ne یا حالت جامد |
| محور اندازه گیری | تک محوره یا چند محوره |
| حساسیت چرخشی | تا 0.0001 درجه در ساعت |
| ثبات تعصب | <0.001 درجه در ساعت |
| غیر خطی بودن ضریب مقیاس | < 10 ppm |
| پیاده روی تصادفی | <0.001°/√h |
| نوع خروجی | سیگنال دیجیتال یا آنالوگ |
| محدوده دمای عملیاتی | -40 تا +70 درجه سانتی گراد |
| مقاومت در برابر ضربه | تا 1000 گرم |
| مقاومت در برابر لرزش | حداکثر 20 گرم RMS |
| طول عمر | تا 50000+ ساعت |
این پارامترها منعکس کننده عملکرد بهتر ژیروسکوپ های لیزری از ژیروسکوپ های مکانیکی و MEMS در زمانی که برنامه ها به دقت غیر قابل اغماض نیاز دارند، می دهند.
پیشرفتها در پایداری حفره لیزری، ساخت قطعات نوری و پردازش سیگنال دیجیتال، استفاده از ژیروسکوپهای لیزری را بسیار گسترش داده است. آنها در سیستم هایی که نیاز دارند:
انتخاب ژیروسکوپ مناسب مستلزم ارزیابی نیازهای عملکرد خاص برنامه است. عوامل زیر بیشترین تأثیر را در انتخاب دارند:
حفره نوری ناهموار و محفظه مهر و موم شده در برابر لرزش، تغییرات دما و شوک ایمنی ایجاد می کند و امکان عملیات قابل اعتماد در هواپیما، فضاپیما، کشتی های دریایی و وسایل نقلیه نظامی را فراهم می کند.
ژیروسکوپهای لیزری اغلب در سیستمهای ناوبری اینرسی (INS) برای تکمیل شتابسنجها ادغام میشوند و ردیابی کامل حرکت ۶-DOF ضروری برای موارد زیر را فراهم میکنند:
کنترل خودکار هواپیما
ناوبری در اعماق دریا
تثبیت ماهواره
سیستم های هدف گیری نظامی
رباتیک صنعتی
از آنجایی که از روتور مکانیکی استفاده نمی شود، ژیروسکوپ های لیزری به چرخه های کالیبراسیون کمتری نیاز دارند و عمر طولانی تری را ارائه می دهند.
منابع لیزری پایدار، همراه با پردازش دیجیتال، سیگنالهای خروجی را حتی در شرایط پیچیده یا پر سر و صدا تضمین میکنند.
تقاضا برای ناوبری فوق العاده قابل اعتماد در صنایع در حال افزایش است. انتظار می رود چندین روند بر آینده طراحی و استقرار ژیروسکوپ لیزری تأثیر بگذارد:
با گسترش پهپادها، وسایل نقلیه زمینی بدون سرنشین و ریزماهواره ها، ژیروسکوپ های کوچکتر و در عین حال با کارایی بالا ضروری خواهند بود. مدارهای نوری فشرده و فوتونیک یکپارچه نقش اصلی را ایفا خواهند کرد.
توسعه به سمت سیستمهای ژیروسکوپی که قادر به جبران تغییرات شدید دمایی، قرار گرفتن در معرض تشعشع و ارتعاش هستند در حال پیشرفت است و آنها را برای مأموریتهای فضایی مناسب میسازد.
ژیروسکوپ های نسل بعدی دارای الگوریتم های پیشرفته DSP خواهند بود که امکان جبران خطای کارآمدتر، تشخیص بلادرنگ و قابلیت های تعمیر و نگهداری پیش بینی را فراهم می کند.
ژیروسکوپ های لیزری به طور فزاینده ای با:
GNSS
ردیاب ستاره
ناوبری مبتنی بر دید
سنسورهای رادار
چنین سیستم های ترکیبی حتی زمانی که یک یا چند سیگنال مرجع خارجی در دسترس نباشد، دقت را حفظ می کنند.
مواد نوری جدید و منابع لیزری بازده انرژی را بهبود میبخشند و عمر عملیاتی طولانیتری را در سیستمهای با باتری کار میکنند.
انتخاب ژیروسکوپ مناسب مستلزم ارزیابی نیازهای عملکرد خاص برنامه است. عوامل زیر بیشترین تأثیر را در انتخاب دارند:
کاربردهای هوافضای پیشرفته نیازمند رانش بایاس بسیار کم و خطی بودن ضریب مقیاس استثنایی هستند.
سیستمهایی که در محیطهای شدید ارتعاش کار میکنند - مانند وسایل نقلیه نظامی یا سکوهای حفاری - از طراحیهای نوری قوی و مکانیزمهای جبران ارتعاش سود میبرند.
ژیروسکوپ های خروجی دیجیتال به طور فزاینده ای برای ادغام مستقیم با رایانه های ناوبری مدرن ترجیح داده می شوند.
سیستم هایی که به عمر عملیاتی طولانی یا دسترسی محدود برای تعمیر و نگهداری نیاز دارند به طور قابل توجهی از طراحی غیر مکانیکی ژیروسکوپ های لیزری سود می برند.
در حالی که ژیروسکوپهای لیزری گرانتر از دستگاههای MEMS هستند، سطوح عملکردی لازم برای عملیاتهای حیاتی را ارائه میدهند.
A1:ژیروسکوپ های لیزری بر اثر Sagnac متکی هستند که ذاتاً اندازه گیری های چرخشی پایداری را ایجاد می کند. بدون قطعات مکانیکی متحرک و یک حفره نوری دقیق مهندسی شده، دستگاه حداقل رانش را تجربه می کند. پردازش سیگنال دیجیتال پیشرفته با جبران تغییرات دما، پیری اجزا و نویز، دقت را بیشتر بهبود می بخشد. این ویژگیها به مأموریتهای طولانیمدت مانند عملیات ماهوارهای یا ناوبری در اعماق دریا اجازه میدهند تا جهتگیری دقیق را بدون کالیبراسیون مجدد مداوم حفظ کنند.
A2:ژیروسکوپهای MEMS برای مصارف مصرفکننده و صنعتی سبک مناسب هستند اما با رانش، بیثباتی بایاس و حساسیت محیطی مبارزه میکنند. از سوی دیگر، ژیروسکوپ های لیزری، دقت بسیار بالاتر، نویز کمتر و پایداری بهتری را در دماهای متغیر و سطوح ارتعاش ارائه می دهند. این آنها را به راه حل ترجیحی برای هوافضا، دفاع و سیستم های صنعتی با دقت بالا تبدیل می کند که در آن قابلیت اطمینان و دقت نمی تواند به خطر بیفتد.
ژیروسکوپ های لیزری همچنان به تعریف مجدد استانداردهای دقت، قابلیت اطمینان و عملکرد در صنایع ناوبری و کنترل جهانی ادامه می دهند. توانایی آنها برای انجام اندازهگیریهای چرخشی دقیق در شرایط شدید، آنها را به عنوان یک جزء حیاتی در کاربردهای مختلف از هوافضا و دفاع گرفته تا سیستمهای مستقل و اکتشافات علمی قرار میدهد. با افزایش سرعت پیشرفت در مهندسی نوری و پردازش دیجیتال، انتظار میرود این فناوری حتی فشردهتر، قویتر و در سیستمهای ناوبری نسل بعدی ادغام شود.
برای سازمان هایی که به دنبال ژیروسکوپ های لیزری با کارایی بالا با مشخصات مناسب هستند،جیوپتیکراهحلهای پیشرفتهای را ارائه میکند که برای محیطهای سخت و قابل اطمینان طولانیمدت مهندسی شدهاند. این محصولات برای ارائه پایداری استثنایی و ادغام یکپارچه با سیستم های ناوبری مدرن طراحی شده اند.
بررسی کنید که چگونه JIOPTIK می تواند نیازهای برنامه شما را پشتیبانی کند.با ما تماس بگیریدبررسی کنید که چگونه JIOPTIK می تواند نیازهای برنامه شما را پشتیبانی کند.
برای اطلاعات بیشتر در مورد محصولات ما، لطفا با Jioptik تماس بگیرید.
