광섬유 자이로스코프란 무엇입니까?
광섬유 자이로스코프(FOG)는 매우 정밀하고 정확한 회전 센서입니다. 항공기, 우주선, 선박 및 기타 차량의 항법 및 안내 시스템에 사용됩니다. 그들은 광섬유 코일 내에서 이동하는 레이저 빛의 간섭을 측정하여 회전을 감지합니다.
자이로스코프 기본
자이로스코프는 방향과 각속도를 감지할 수 있는 장치입니다. 가장 단순한 유형의 자이로스코프의 기본은 프레임에 고정된 물레입니다. 이는 많은 어린이에게 친숙한 장난감입니다. 각운동량으로 인해 바퀴 주위의 프레임이 회전하더라도 바퀴의 방향이 일정하게 유지됩니다.
자이로스코프는 20세기에 비행 차량(비행기, 로켓)의 개발과 함께 장난감 이상의 것이 되었습니다. 그 이유는 비행 차량에는 지상 차량이나 선박에는 없는 항법 요구 사항이 있기 때문입니다. 즉, 3차원 모두에서 자유롭게 회전하고 이동할 수 있습니다. 따라서 조종사는 항공기를 제어하기 위해 3개 축에서 차량 방향을 지속적으로 알아야 합니다.
무인 로켓과 미사일에는 추가 요구 사항이 있습니다. 이러한 항공기는 이를 모니터링하는 인간 조종사 없이도 방향과 위치를 알아야 합니다. 이에 대한 솔루션은 관성 유도 시스템(IGS)입니다. IGS는 자이로스코프를 사용하여 방향과 각도 운동을 감지하여 우주선을 지속적으로 제어하고 시작점에서 얼마나 멀리 이동했는지 계산합니다.
광섬유 자이로스코프의 장점
최초의 자이로스코프는 기계식이었습니다. 모터로 구동되는 회전 로터와 각속도와 방향 정보를 읽고 이를 인간 조종사나 IGS에 제공하는 다양한 센서였습니다. 이 기계식 자이로는 상대적으로 크고 무거웠습니다. 성능은 진동의 영향을 받을 수 있으며 빈번한 교정이 필요했습니다.
간섭계 광섬유 자이로스코프(IFOG)는 기계식 자이로스코프의 한계를 극복하기 위해 개발되었습니다. 이들은 기계적 회전자가 아닌 광섬유 코일, 간섭성 광원 및 광검출기를 사용하여 회전을 감지합니다. 이를 통해 더 작고, 가벼우며, 더 정확한 시스템이 탄생합니다.
IFOG 내부에서 광원은 섬유 코일에 들어가기 전에 두 개의 광선으로 분할됩니다. 두 개의 빔은 광섬유의 반대쪽 끝에 결합되어 하나는 시계 방향으로 이동하고 다른 하나는 시계 반대 방향으로 이동합니다.
코일이 축을 중심으로 회전하는 경우 두 광선은 서로에 대해 위상 이동을 겪게 됩니다. 이것을 사냑 효과라고 합니다. 두 개의 광선이 광섬유를 빠져나가면 재결합됩니다. 위상 변화가 발생하면 결합된 빔에 간섭 무늬(밝고 어두운 패턴)가 생성됩니다. 이 패턴은 회전의 각속도를 결정하기 위해 감지기에 의해 감지됩니다. 일반적으로 각각 다른 2개에 직각으로 장착된 3개의 코일은 3개 축 모두에서 동시에 회전을 감지하는 데 사용됩니다.
IFOG 건설
IFOG 코일은 일반적으로 중심축 주위에 복굴절률이 높고 편광을 유지하는 광섬유를 감은 다음 코일을 보호 재료로 캡슐화하여 만들어집니다. 캡슐화 방법에는 습식 및 건식의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 습식 IFOG 코일은 광섬유를 보호하고 지지하기 위해 기름이나 물과 같은 액체를 사용하는 반면, 건식 IFOG 코일은 광섬유를 보호하고 지지하기 위해 세라믹이나 유리와 같은 고체를 사용합니다.
습식 IFOG 코일은 더 나은 온도 안정성을 제공하며 더 넓은 범위의 환경에서 사용할 수 있습니다. 그러나 더 복잡하고 제조가 어렵습니다. 건식 IFOG 코일은 제조가 더 간단하고 쉽지만 온도 변화에 더 민감합니다.
IFOG 광원은 일반적으로 저전력, 연속파 레이저, 초발광 다이오드 또는 증폭된 자연 방출 소스입니다. 검출기는 일반적으로 광다이오드 또는 광전 증배관입니다.
IFOG 구성에는 거의 무제한이 있습니다. 특히 코일 감는 방법과 포장 방법에 대한 옵션이 더욱 그렇습니다. 다른 변수로는 코일 내 섬유의 전체 길이, 다양한 광학 코팅 및 방사선 저항(특히 우주 응용 분야)과 같은 기능이 있습니다.
그림 1. 상업용 IFOG 코일은 다양한 옵션과 함께 다양한 구성으로 제공됩니다.
그러나 이러한 다양한 설계 형태는 모두 시스템 중앙에 있는 광섬유 코일 측면에서 상당히 유사한 요구 사항을 갖습니다. 특히 적절한 IFOG 성능에 중요한 특정 매개변수가 있습니다. 가장 중요한 것들은 삽입 손실, 편광 소멸비(PER), 파장 의존 손실입니다. 와인딩 정밀도와 캡슐화 품질도 중요합니다.
이 분야에서 좋은 성능을 얻으려면 섬유 자체의 제조를 엄격하게 제어한 다음 이를 코일 형식으로 감는 프로세스가 필요합니다. 특히, 섬유 코일이 완벽하게 대칭적인 방식으로 감겨지는 것이 중요합니다(반대 방향으로 이동하는 빔이 동일한 조건을 경험하도록). 또한, 상처난 섬유에 기계적 응력을 최소화하는 것이 중요합니다.
이러한 작업을 반복적으로 수행하려면 상당한 전문 지식과 프로세스 경험이 필요합니다. 바카라 카지노는 다음을 완벽하게 유지합니다.수직 통합형 IFOG 코일 제조 능력– 고성능 IFOG 코일을 일관되게 생산하는 데 필요한 공정 제어 수준을 보장하기 위해 광섬유 케이블을 코일로 감는 과정을 거쳐 드로잉합니다.
IFOG에는 "최고" 유형이 하나도 없습니다. 특정 애플리케이션에서는 필요한 성능 수준, 운영 환경, 허용 가능한 크기, 무게, 전력 소비 등을 모두 비용과 비교하여 고려해야 합니다.
IFOG 작업 중
IFOG는 기존 자이로스코프는 물론 기타 비기계적 기술에 비해 몇 가지 중요한 이점을 제공합니다. 우선, IFOG는 매우 민감하며 매우 작은 회전 움직임, 즉 초당 몇 나노라디안의 분해능으로 각속도를 감지할 수 있습니다. 이는 기계식 자이로스코프보다 몇 배나 더 좋습니다. 따라서 더 높은 정확도의 탐색 및 안내를 제공합니다.
또한 IFOG는 진동 및 전자기 간섭에 상대적으로 면역성이 있으며 수명이 길고 유지 관리 요구 사항이 낮습니다. 따라서 다양한 "가혹한" 환경이나 장비에 대한 접근이 제한된 곳에서 유용합니다. 여기에는 우주 응용 분야와 해상 및 수중 차량 및 장비의 관성 측정 시스템이 포함됩니다.
IFOG는 감도와 정확도가 높기 때문에 고정 구조물을 안정화하는 데에도 자주 사용됩니다. 예를 들어, IFOG는 교량, 건물 또는 안테나 플랫폼과 같은 구조물의 회전 움직임을 측정하고 모든 움직임을 보상하는 제어 시스템에 데이터를 다시 공급할 수 있습니다. 이는 특히 강풍이나 지진 조건에서 구조물의 안정성을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
요약하면 IFOG는 광범위한 응용 분야를 갖춘 매우 정밀하고 정확한 유형의 회전 센서입니다. 전자기 간섭에 면역이고, 상대적으로 진동에 면역이며, 수명이 길고 유지 관리 요구 사항이 낮으며 상대적으로 작고 가볍습니다. 따라서 항공기, 선박 및 지상 차량의 내비게이션, 안내 및 제어 시스템에 사용하기에 이상적입니다. 또한 산업 자동화 및 로봇공학에도 유용합니다.