Vetenskap och forskning

Dimkomponenter lösningar

Vad är tröghetsnavigering?

Grundläggande navigering

De grundläggande principerna för tröghetsnavigering liknar dem med andra navigationsmetoder. Det förlitar sig på att förvärva nyckelinformation, inklusive den initiala positionen, den initiala orienteringen, riktningen och orienteringen av rörelse vid varje ögonblick, och gradvis integrera dessa data (analogt med matematisk integrationsoperationer) för att exakt bestämma navigationsparametrar, såsom orientering och position.

Sensors roll i tröghetsnavigering

För att erhålla den aktuella orienteringen (attityd) och positionsinformation för ett rörligt objekt använder tröghetsnavigationssystem en uppsättning kritiska sensorer, främst bestående av accelerometrar och gyroskop. Dessa sensorer mäter vinkelhastighet och acceleration av bäraren i en tröghetsreferensram. Uppgifterna integreras sedan och bearbetas över tid för att härleda hastighet och relativ positionsinformation. Därefter omvandlas denna information till navigationskoordinatsystemet, i samband med de initiala positionsdata, vilket kulminerar med bestämningen av den aktuella platsen för bäraren.

Operationsprinciper för tröghetsnavigeringssystem

Tröghetsnavigationssystem fungerar som fristående, interna navigationssystem med sluten slinga. De litar inte på externa datauppdateringar i realtid för att korrigera fel under transportörens rörelse. Som sådan är ett enda tröghetsnavigeringssystem lämpligt för navigationsuppgifter på kort varaktighet. För långvarig operationer måste den kombineras med andra navigationsmetoder, såsom satellitbaserade navigationssystem, för att regelbundet korrigera de ackumulerade interna felen.

Fällbarheten av tröghetsnavigering

I moderna navigationsteknologier, inklusive himmelnavigering, satellitnavigering och radionavigering, sticker tröghetsnavigering ut som autonom. Den avger varken signaler till den yttre miljön eller beror på himmelobjekt eller externa signaler. Följaktligen erbjuder tröghetsnavigationssystem den högsta nivån av doldbarhet, vilket gör dem idealiska för applikationer som kräver största sekretess.

Officiell definition av tröghetsnavigering

Inertial Navigation System (INS) är ett uppskattningssystem för navigationsparameter som använder gyroskop och accelerometrar som sensorer. Systemet, baserat på utgången från gyroskop, skapar ett navigationskoordinatsystem medan man använder utgången från accelerometrar för att beräkna bärarens hastighet och position i navigationskoordinatsystemet.

Applikationer av tröghetsnavigering

Tröghetsteknologi har hittat omfattande applikationer inom olika domäner, inklusive flyg-, luftfart, maritim, petroleumsutforskning, geodesi, oceanografiska undersökningar, geologisk borrning, robotik och järnvägssystem. Med tillkomsten av avancerade tröghetssensorer har tröghetstekniken utvidgat sin användbarhet till bilindustrin och medicinska elektroniska enheter, bland andra områden. Detta expanderande omfattning av applikationer understryker den alltmer avgörande rollen för tröghetsnavigering för att tillhandahålla högprecisionsnavigerings- och positioneringsfunktioner för en mängd applikationer.

Kärnkomponenten i tröghetsriktlinjen:Fiberoptisk gyroskop

Introduktion till fiberoptiska gyroskop

Tröghetsnavigationssystem förlitar sig starkt på noggrannheten och precisionen i deras kärnkomponenter. En sådan komponent som har förbättrat dessa system avsevärt är fiberoptiska gyroskop (dimma). Dimma är en kritisk sensor som spelar en viktig roll för att mäta bärarens vinkelhastighet med anmärkningsvärd noggrannhet.

Fiberoptisk gyroskopoperation

Dimmar arbetar med principen om Sagnac -effekten, som involverar att dela en laserstråle i två separata stigar, vilket gör att den kan resa i motsatta riktningar längs en spiralfiberoptisk slinga. När bäraren, inbäddad i dimman, roterar, är skillnaden i restid mellan de två balkarna proportionell mot vinkelhastigheten för bärarens rotation. Denna tidsfördröjning, känd som Sagnac -fasförskjutningen, mäts sedan exakt, vilket gör det möjligt för dimman att tillhandahålla exakta data om bärarens rotation.

Principen för ett fiberoptiskt gyroskop involverar att avge en ljusstråle från en fotodetektor. Denna ljusstråle passerar genom en koppling, kommer in från ena änden och kommer ut från en annan. Den reser sedan genom en optisk slinga. Två ljusstrålar, som kommer från olika riktningar, går in i slingan och slutför en sammanhängande superposition efter cirkling runt. Det återvändande ljuset återgår till en ljusemitterande diod (LED), som används för att upptäcka dess intensitet. Även om principen för ett fiberoptiskt gyroskop kan verka enkelt, ligger den viktigaste utmaningen i att eliminera faktorer som påverkar den optiska banlängden för de två ljusstrålarna. Detta är en av de mest kritiska frågorna som står inför i utvecklingen av fiberoptiska gyroskop.

1 ： Superluminescent diod 2 ： Fotodetektordiode

3. Ljus källkoppling 4.fiberringskopplare 5. Optisk fiberring

Fördelar med fiberoptiska gyroskop

Dimmar erbjuder flera fördelar som gör dem ovärderliga i tröghetsnavigeringssystem. De är kända för sin exceptionella noggrannhet, tillförlitlighet och hållbarhet. Till skillnad från mekaniska gyros har dimma inga rörliga delar, vilket minskar risken för slitage. Dessutom är de resistenta mot chock och vibrationer, vilket gör dem idealiska för krävande miljöer som flyg- och försvarsapplikationer.

Integration av fiberoptiska gyroskop i tröghetsnavigering

Tröghetsnavigationssystem integrerar alltmer dimmar på grund av deras höga precision och tillförlitlighet. Dessa gyroskop tillhandahåller de avgörande vinkelhastighetsmätningarna som krävs för korrekt bestämning av orientering och position. Genom att integrera dimmar i de befintliga tröghetsnavigeringssystemen kan operatörerna dra nytta av förbättrad navigationsnoggrannhet, särskilt i situationer där extrem precision är nödvändig.

Tillämpningar av fiberoptiska gyroskop i tröghetsnavigering

Införandet av dimma har utökat tillämpningarna av tröghetsnavigeringssystem över olika domäner. Inom flyg- och luftfarten erbjuder Fog-utrustade system exakta navigeringslösningar för flygplan, drönare och rymdskepp. De används också i stor utsträckning i maritim navigering, geologiska undersökningar och avancerad robotik, vilket gör att dessa system kan arbeta med förbättrad prestanda och tillförlitlighet.

Olika strukturella varianter av fiberoptiska gyroskop

Fiberoptiska gyroskop finns i olika strukturella konfigurationer, med den dominerande som för närvarande kommer in i tekniken är denPolariserande fiberoptisk gyroskop. Kärnan i detta gyroskop ärpolarisation underhållande fiberslinga, bestående av polarisationsbehandlingsfibrer och en exakt utformad ram. Konstruktionen av denna slinga involverar en fyrfaldig symmetrisk lindningsmetod, kompletterad med en unik tätningsgel för att bilda en fasta tillståndsfiberslingspole.

Nyckelfunktioner hosPolarisation underhållande fiberoptisk gyrospole

▶ Unik ramdesign:Gyroskopslingorna har en distinkt ramdesign som rymmer olika typer av polarisationsbehållande fibrer med lätthet.

▶ Fyrafaldig symmetrisk lindningsteknik:Den fyrfaldiga symmetriska lindningstekniken minimerar shupe -effekten och säkerställer exakta och pålitliga mätningar.

▶ Avancerat tätningsgelmaterial:Anställningen av avancerade tätningsgelmaterial, i kombination med en unik härdningsteknik, förbättrar resistensen mot vibrationer, vilket gör dessa gyroskopslingor idealiska för applikationer i krävande miljöer.

▶ Hög temperaturkoherensstabilitet:Gyroskopslingorna uppvisar koherensstabilitet med hög temperatur, vilket säkerställer noggrannhet även i olika termiska förhållanden.

▶ Förenklad lätta ramverk:Gyroskopslingorna är konstruerade med en enkel men ändå lätt ram, vilket garanterar hög bearbetningsprecision.

▶ Konsekvent lindningsprocess:Lindningsprocessen förblir stabil och anpassar sig till kraven i olika precisionsfiberoptiska gyroskop.

Hänvisning

Groves, PD (2008). Introduktion till tröghetsnavigering.Journal of Navigation, 61(1), 13-28.

El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Inertial Sensors Technologies for Navigation Applications: State of the Art.Satellitnavigering, 1(1), 1-15.

Woodman, OJ (2007). En introduktion till tröghetsnavigering.University of Cambridge, Computer Laboratory, UCAM-CL-TR-696.

Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Positionreferenser och konsekvent världsmodellering för mobila robotar.I Proceedings of 1985 IEEE International Conference on Robotics and Automation(Vol. 2, s. 138-145). IEEE.