Shkencë dhe Kërkim

Zgjidhje për Komponentët e FOG-ve

Çfarë është Navigimi Inercial?

Bazat e Navigimit Inercial

Parimet themelore të navigimit inercial janë të ngjashme me ato të metodave të tjera të navigimit. Ai mbështetet në marrjen e informacionit kyç, duke përfshirë pozicionin fillestar, orientimin fillestar, drejtimin dhe orientimin e lëvizjes në çdo moment, dhe integrimin progresiv të këtyre të dhënave (analog me operacionet e integrimit matematikor) për të përcaktuar me saktësi parametrat e navigimit, siç janë orientimi dhe pozicioni.

Roli i Sensorëve në Navigimin Inercial

Për të marrë informacionin aktual të orientimit (qëndrimit) dhe pozicionit të një objekti në lëvizje, sistemet e navigimit inercial përdorin një sërë sensorësh kritikë, të përbërë kryesisht nga akselerometër dhe xhiroskopë. Këta sensorë matin shpejtësinë këndore dhe nxitimin e bartësit në një sistem referimi inercial. Të dhënat më pas integrohen dhe përpunohen me kalimin e kohës për të nxjerrë informacionin e shpejtësisë dhe pozicionit relativ. Më pas, ky informacion transformohet në sistemin koordinativ të navigimit, në lidhje me të dhënat fillestare të pozicionit, duke kulmuar në përcaktimin e vendndodhjes aktuale të bartësit.

Parimet e Funksionimit të Sistemeve të Navigimit Inercial

Sistemet e navigimit inercial funksionojnë si sisteme navigimi të brendshme, të pavarura dhe me lak të mbyllur. Ato nuk mbështeten në përditësimet e të dhënave të jashtme në kohë reale për të korrigjuar gabimet gjatë lëvizjes së bartësit. Si i tillë, një sistem i vetëm navigimi inercial është i përshtatshëm për detyra navigimi afatshkurtra. Për operacione afatgjata, ai duhet të kombinohet me metoda të tjera navigimi, të tilla si sistemet e navigimit me bazë satelitore, për të korrigjuar periodikisht gabimet e brendshme të akumuluara.

Fshehja e Navigimit Inercial

Në teknologjitë moderne të navigimit, duke përfshirë navigimin qiellor, navigimin satelitor dhe navigimin radio, navigimi inercial dallohet si autonom. Ai nuk lëshon sinjale në mjedisin e jashtëm dhe as nuk varet nga objektet qiellore apo sinjalet e jashtme. Si pasojë, sistemet e navigimit inercial ofrojnë nivelin më të lartë të fshehtësisë, duke i bërë ato ideale për aplikimet që kërkojnë konfidencialitet maksimal.

Përkufizimi zyrtar i navigimit inercial

Sistemi i Navigimit Inercial (INS) është një sistem vlerësimi i parametrave të navigimit që përdor xhiroskopë dhe akselerometra si sensorë. Sistemi, bazuar në daljen e xhiroskopëve, krijon një sistem koordinatash navigimi ndërsa përdor daljen e akselerometrave për të llogaritur shpejtësinë dhe pozicionin e bartësit në sistemin koordinativ të navigimit.

Zbatimet e Navigimit Inercial

Teknologjia inerciale ka gjetur zbatime të gjera në fusha të ndryshme, duke përfshirë hapësirën ajrore, aviacionin, detarin, eksplorimin e naftës, gjeodezinë, studimet oqeanografike, shpimet gjeologjike, robotikën dhe sistemet hekurudhore. Me ardhjen e sensorëve të përparuar inercialë, teknologjia inerciale e ka zgjeruar dobinë e saj në industrinë e automobilave dhe pajisjet elektronike mjekësore, ndër fusha të tjera. Ky fushëveprim në zgjerim e zbatimeve nënvizon rolin gjithnjë e më të rëndësishëm të navigimit inercial në ofrimin e aftësive të navigimit dhe pozicionimit me precizion të lartë për një mori zbatimesh.

Komponenti kryesor i udhëzimit inercial:Xhiroskop me fibra optike

Hyrje në xhiroskopët me fibra optike

Sistemet e navigimit inercial mbështeten shumë në saktësinë dhe precizitetin e komponentëve të tyre kryesorë. Një komponent i tillë që ka përmirësuar ndjeshëm aftësitë e këtyre sistemeve është Xhiroskopi me Fibër Optike (FOG). FOG është një sensor kritik që luan një rol kyç në matjen e shpejtësisë këndore të bartësit me saktësi të jashtëzakonshme.

Funksionimi i xhiroskopit me fibra optike

FOG-et funksionojnë sipas parimit të efektit Sagnac, i cili përfshin ndarjen e një rrezeje lazeri në dy shtigje të ndara, duke i lejuar asaj të udhëtojë në drejtime të kundërta përgjatë një lak me fibra optike të mbështjellë. Kur bartësi, i ngulitur në FOG, rrotullohet, ndryshimi në kohën e udhëtimit midis dy rrezeve është proporcional me shpejtësinë këndore të rrotullimit të bartësit. Kjo vonesë kohore, e njohur si zhvendosja e fazës Sagnac, matet më pas me saktësi, duke i mundësuar FOG-ut të ofrojë të dhëna të sakta në lidhje me rrotullimin e bartësit.

Parimi i një xhiroskopi me fibra optike përfshin emetimin e një rrezeje drite nga një fotodetektor. Kjo rreze drite kalon nëpër një bashkues, duke hyrë nga njëri skaj dhe duke dalë nga tjetri. Pastaj udhëton nëpër një lak optik. Dy rreze drite, që vijnë nga drejtime të ndryshme, hyjnë në lak dhe plotësojnë një mbivendosje koherente pasi rrotullohen përreth. Drita që kthehet rihyn në një diodë që lëshon dritë (LED), e cila përdoret për të zbuluar intensitetin e saj. Ndërsa parimi i një xhiroskopi me fibra optike mund të duket i thjeshtë, sfida më e rëndësishme qëndron në eliminimin e faktorëve që ndikojnë në gjatësinë e shtegut optik të dy rrezeve të dritës. Ky është një nga çështjet më kritike me të cilat përballet zhvillimi i xhiroskopëve me fibra optike.

1: diodë superlumineshente 2: diodë fotodetektorësh

3. bashkues i burimit të dritës 4.bashkues unazor me fibra 5. unazë me fibra optike

Avantazhet e xhiroskopëve me fibra optike

FOG-et ofrojnë disa avantazhe që i bëjnë ato të paçmueshme në sistemet e navigimit inercial. Ato janë të njohura për saktësinë, besueshmërinë dhe qëndrueshmërinë e tyre të jashtëzakonshme. Ndryshe nga xhiroskopët mekanikë, FOG-et nuk kanë pjesë lëvizëse, duke zvogëluar rrezikun e konsumimit. Përveç kësaj, ato janë rezistente ndaj goditjeve dhe dridhjeve, duke i bërë ideale për mjedise të kërkuara siç janë aplikimet hapësinore dhe të mbrojtjes.

Integrimi i xhiroskopëve me fibra optike në navigimin inercial

Sistemet e navigimit inercial po përfshijnë gjithnjë e më shumë FOG-e për shkak të saktësisë dhe besueshmërisë së tyre të lartë. Këta xhiroskopë ofrojnë matjet thelbësore të shpejtësisë këndore të nevojshme për përcaktimin e saktë të orientimit dhe pozicionit. Duke integruar FOG-et në sistemet ekzistuese të navigimit inercial, operatorët mund të përfitojnë nga saktësia e përmirësuar e navigimit, veçanërisht në situata ku është e nevojshme saktësi ekstreme.

Zbatimet e xhiroskopëve me fibra optike në navigimin inercial

Përfshirja e sistemeve FOG ka zgjeruar aplikimet e sistemeve të navigimit inercial në fusha të ndryshme. Në hapësirën ajrore dhe aviacionin, sistemet e pajisura me FOG ofrojnë zgjidhje precize navigimi për avionë, dronë dhe anije kozmike. Ato përdoren gjithashtu gjerësisht në navigimin detar, studimet gjeologjike dhe robotikën e përparuar, duke i mundësuar këtyre sistemeve të operojnë me performancë dhe besueshmëri të përmirësuar.

Variante të ndryshme strukturore të xhiroskopëve me fibra optike

Xhiroskopët me fibra optike vijnë në konfigurime të ndryshme strukturore, ku mbizotëruesi që aktualisht po hyn në fushën e inxhinierisë ështëxhiroskop me fibra optike me lak të mbyllur që mirëmban polariziminNë thelb të këtij xhiroskopi ështëlak fibre që ruan polarizimin, që përfshin fibra që ruajnë polarizimin dhe një strukturë të projektuar saktësisht. Ndërtimi i këtij laku përfshin një metodë mbështjelljeje katërfish simetrike, të plotësuar nga një xhel unik vulosës për të formuar një bobinë laku me fibra në gjendje të ngurtë.

Karakteristikat kryesore tëPolarizimi - Mirëmbajtja e Fibrës Optike Gspirale yro

▶ Dizajn unik i kornizës:Laqet e xhiroskopit kanë një dizajn të veçantë të kornizës që akomodon me lehtësi lloje të ndryshme të fibrave që ruajnë polarizimin.

▶ Teknika e mbështjelljes simetrike katërfishe:Teknika e mbështjelljes katërfishe simetrike minimizon efektin Shupe, duke siguruar matje të sakta dhe të besueshme.

▶Materiali i xhelit të avancuar për vulosje:Përdorimi i materialeve të përparuara të xhelit vulosës, i kombinuar me një teknikë unike tharjeje, rrit rezistencën ndaj dridhjeve, duke i bërë këto sythe xhiroskopi ideale për aplikime në mjedise të kërkuara.

▶ Stabiliteti i Koherencës në Temperaturë të Lartë:Laqet e xhiroskopit shfaqin stabilitet të lartë të koherencës në temperaturë, duke siguruar saktësi edhe në kushte të ndryshueshme termike.

▶ Kornizë e Thjeshtuar e Lehtë:Unazat e xhiroskopit janë projektuar me një strukturë të thjeshtë por të lehtë, duke garantuar saktësi të lartë përpunimi.

▶Proces i vazhdueshëm i mbështjelljes:Procesi i mbështjelljes mbetet i qëndrueshëm, duke u përshtatur me kërkesat e xhiroskopëve të ndryshëm me fibra optike precize.

Referencë

Groves, PD (2008). Hyrje në Navigimin Inercial.Revista e Navigimit, 61(1), 13-28.

El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Teknologjitë e sensorëve inercialë për aplikimet e navigimit: gjendja aktuale.Navigimi Satelitor, 1(1), 1-15.

Woodman, OJ (2007). Një hyrje në navigimin inercial.Universiteti i Kembrixhit, Laboratori i Kompjuterave, UCAM-CL-TR-696.

Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Referencimi i pozicionit dhe modelimi konsistent i botës për robotët mobilë.Në Aktet e Konferencës Ndërkombëtare IEEE mbi Robotikën dhe Automatizimin e vitit 1985(Vëll. 2, f. 138-145). IEEE.