المكون الأساسي للتوجيه بالقصور الذاتي:جيروسكوب الألياف الضوئية

مقدمة لجيروسكوبات الألياف الضوئية

تعتمد أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي بشكل كبير على دقة وإحكام مكوناتها الأساسية. أحد هذه المكونات التي عززت بشكل كبير قدرات هذه الأنظمة هو جيروسكوب الألياف الضوئية (FOG). الضباب هو جهاز استشعار بالغ الأهمية يلعب دورًا محوريًا في قياس السرعة الزاوية للحامل بدقة ملحوظة.

تشغيل جيروسكوب الألياف الضوئية

تعمل أجهزة الضباب على مبدأ تأثير سانياك، والذي يتضمن تقسيم شعاع الليزر إلى مسارين منفصلين، مما يسمح له بالسفر في اتجاهين متعاكسين على طول حلقة ألياف بصرية ملفوفة. عندما تدور الموجة الحاملة، المدمجة مع الضباب، فإن الفرق في زمن السفر بين الحزمتين يتناسب مع السرعة الزاوية لدوران الموجة الحاملة. يتم بعد ذلك قياس هذا التأخير الزمني، المعروف باسم تحول طور سانياك، بدقة، مما يمكّن FOG من توفير بيانات دقيقة فيما يتعلق بدوران الناقل.

يتضمن مبدأ جيروسكوب الألياف الضوئية إصدار شعاع من الضوء من كاشف ضوئي. يمر شعاع الضوء هذا عبر قارنة التوصيل، حيث يدخل من أحد الطرفين ويخرج من الطرف الآخر. ثم ينتقل عبر حلقة بصرية. يدخل شعاعان من الضوء، قادمان من اتجاهات مختلفة، إلى الحلقة ويكملان تراكبًا متماسكًا بعد الدوران حولها. يعود الضوء العائد إلى الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، والذي يستخدم للكشف عن شدته. في حين أن مبدأ جيروسكوب الألياف الضوئية قد يبدو واضحًا، إلا أن التحدي الأكبر يكمن في إزالة العوامل التي تؤثر على طول المسار البصري لحزمتي الضوء. هذه واحدة من أهم المشكلات التي تواجه تطوير جيروسكوبات الألياف الضوئية.

1: الصمام الثنائي فائق الإضاءة           2: ديود كاشف ضوئي

3. مقرنة مصدر الضوء           4.مقرنة حلقة الألياف            5. حلقة الألياف الضوئية

مزايا جيروسكوبات الألياف الضوئية

تقدم FOGs العديد من المزايا التي تجعلها لا تقدر بثمن في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي. وهي مشهورة بالدقة الاستثنائية والموثوقية والمتانة. على عكس الجيروسكوبات الميكانيكية، لا تحتوي أجهزة الضباب على أجزاء متحركة، مما يقلل من خطر التآكل. بالإضافة إلى ذلك، فهي مقاومة للصدمات والاهتزازات، مما يجعلها مثالية للبيئات الصعبة مثل تطبيقات الطيران والدفاع.

دمج جيروسكوبات الألياف الضوئية في الملاحة بالقصور الذاتي

تعمل أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي على دمج الضباب بشكل متزايد نظرًا لدقتها العالية وموثوقيتها. توفر هذه الجيروسكوبات قياسات السرعة الزاوية الحاسمة اللازمة لتحديد الاتجاه والموضع بدقة. من خلال دمج الضباب في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي الحالية، يمكن للمشغلين الاستفادة من دقة الملاحة المحسنة، خاصة في المواقف التي تكون فيها الدقة القصوى ضرورية.

تطبيقات جيروسكوبات الألياف الضوئية في الملاحة بالقصور الذاتي

أدى إدراج الضباب إلى توسيع تطبيقات أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي عبر مختلف المجالات. في مجال الطيران والفضاء، توفر الأنظمة المجهزة بـ FOG حلولاً ملاحية دقيقة للطائرات والطائرات بدون طيار والمركبات الفضائية. كما أنها تستخدم على نطاق واسع في الملاحة البحرية والمسوحات الجيولوجية والروبوتات المتقدمة، مما يمكّن هذه الأنظمة من العمل بأداء وموثوقية معززة.

المتغيرات الهيكلية المختلفة لجيروسكوبات الألياف الضوئية

تأتي جيروسكوبات الألياف الضوئية في تكوينات هيكلية مختلفة، والشكل السائد الذي يدخل حاليًا إلى عالم الهندسة هوحلقة مغلقة تحافظ على استقطاب جيروسكوب الألياف الضوئية. في قلب هذا الجيروسكوب يوجدحلقة الألياف التي تحافظ على الاستقطاب، والتي تشتمل على ألياف تحافظ على الاستقطاب وإطار مصمم بدقة. يتضمن بناء هذه الحلقة طريقة لف متناظرة بأربعة أضعاف، مكملة بمادة مانعة للتسرب فريدة من نوعها لتشكيل ملف حلقة من الألياف الصلبة.