 |
Глава 12. Приложения и тенденции
|
|
|
|
Настоящее состояние развития
Если теоретический анализ всегда остается в силе, описание нынешнего состояния устареет, по принципу. Однако возможности технологии ВОГ теперь установлены, и представленные результаты обеспечивают хорошие перспективы для будущих приложений. 15-я Юбилейная конференция по оптоволоконным гироскопам, состоявшаяся в сентябре 1991 года [1] дала очень полное обновление деятельности различных компаний, университетов и исследовательских центров, работающих по этому вопросу в мире.
С точки зрения архитектуры, можно выделить некоторые общие тенденции:
• Большинство компаний используют конфигурации Y-соединителей с помощью схемы замкнутого цикла обработки на основе фазовой модуляции обратной связи (обычно фазовый ступенчатый сигнал) с многофункциональными интегрированными оптическими цепями: Honeywell [2], Litton [3], Смит промышленности [4] в США, JAE [5], "Мицубиси" [6] в Японии, British Aerospace [7], Litef [8] и Photonetics [9] в Европе. Alcatel-SEL [10] в Германии, разработанных на раннем этапе продукта на основе конфигурации Y-соединителей, но они по-прежнему использует подход открытого цикла.
• Многоволоконный с открытым циклом подход осуществляется Honeywell для первой продукцию [11], а также компанией [12] в Японии.
• Вместо использования отдельных одноосных гироскопов существует тенденция сделать единицами измерения три оси с обменом одного источника (Litton [3] и Litef [8]) или мультиплексирование этого источника (Смит промышленности [4]). Кроме того, имеются измерения в инерциальных единицах (IMU) c использованием микромеханических кремниевых акселерометров.
• Большинство компаний используют волокна, сохраняющие поляризации, за исключением Смит Инда.. [4], которые предпочитают деполяризационный подход с обычной волоконной катушкой.
|
|
|
• Подход устройства связи [3 X 3] применяется MBB Deutsche Aerospace [13] в Германии для низкой производительности с очень низкими издержками.
• Единственные компании, которые по-прежнему изучают волоконный резонирующий гироскоп, Хо neywell [14] и British Aerospace [7].
Технологии-ВОГ уже зрелые, и компании, как Alcatel-SEL [10] представили несколько сотен гироскопов продукции средней точности (диапазон 10 град/ч) за последние несколько лет, и другие компании, как Хитати [12], Honeywell [14] и Litton [3], начали производство. Технологии-ВОГ собираются использовать в первую очередь для ориентации и обеспечения курса систем (AHRS) для самолета, который требует точности гироскопа от 10 до 0,1 град/ч. Honeywell обеспечит волокно на базе гироскопа AHRS для новых региональных авиалайнеров Dornier 328 и также был выбран с этой технологией для новых Boeing 777 частично из вторичной ориентации данных курса справочной группы (SAARU) [15]. Это будет использовано как избыточное резервное копирование системы первичных элементов управления полетом, использующей лазерные гироскопы. Волокна на базе гироскопа AHRSs намерены также использоваться для военного применения. Смит промышленности выиграл контракт C/AHRS (Magnetic Компасе и AHRS) из воздушных сил США для развития системы волоконного гироскопа, который будет модифицирован по сравнению с многими предыдущими системами механическим обеспечением [16]. В общих чертах преимущества для этих контрактов, дешевле и ниже содержание благодаря твердотельный конфигурации И-ВОГ.
И-ВОГ для такого тактического класса приложений (т.е. 10 до 0.1 град/ч) обычно используют от 100 м до 200 м волокна в витках около 30 и 60 мм диаметром. Лучшие смещения преобразования [3,5,6,9,14] – ниже 1 град/ч (т.е. несколько десятков микрорадиан с точки зрения измерений оптической разности фаз), с динамическим диапазоном от 500 до 1500 град/с и коэффициентом масштабирования лучше, чем 100 млн–1. Повышение производительности также осуществляется с большими катушками (0,5 до 2 км, около 8-10-см диаметром). Смещения стабильности в инерциальном диапазоне (0,01 град/ч) уже продемонстрировали [2,3,5,6]. Настоящим прототипам теперь трудно выдержать сложные условия, особенно температурный диапазон от –55 °C до 90 °C и вибрации более чем 10g (среднеквадратическую).
|
|
|
Тенденции на будущее и заключительные замечания
После более чем 15 лет исследований и разработок волоконного гироскопа теперь признается в качестве важнейших технологий для многих приложений инерциальной ориентации и навигации. Твердотельные конфигурации, низкая масса приносят уникальные технические преимущества: надежность и срок службы, способность выдерживать удары и вибрации, высокий динамический диапазон, большая пропускная способность, почти мгновенный запуск и низкое энергопотребление. Эти принципы дают очень полезный дизайн, универсальность, оптимизированные характеристики конкретного приложения, изменив длину или зондирования диаметр рулона при сохранении тех же оптико-электронных компонент и методов сборки.
Основные приложения будут в диапазоне средней точности (0,1 до 10 град / ч) с компактным блоком (30-50 мм в диаметре): AHRS для самолетов или вертолетов, тактических указаний для ракет или смарт-боеприпасов, но также обследование отверстий, роботостроение и даже системы наведения для автомобилей. Это также может быть очень хорошим кандидатом для навигационных систем, опираясь на GPS (Глобальная система позиционирования спутников). По мере прогресса технологии также станет значительным конкурентом в высокопроизводительной навигации класса (0,01 град/ч), особенно в пространстве увеличения ожидаемой продолжительности жизни, малого энергопотребления и низких атмосферных помех, основных характеристик окружающей среды.
Как новая технология с использованием компонентов, которые могут быть серийными волоконными гироскопами, приносит большие надежды сокращения очень значительных затрат, которая продлит области методов руководства инерциальной техникой.
Физика и обработка сигналов является для специалистов по волоконным гироскопам увлекательным предметом. Наукоемкие устройства, которые принесли простые решения комплексных проблем, и в дальнейшем будут удивлять: было бы разумно ожидать измерить разность длин 10–5 нм (λ более 108) после нескольких сотен метров распространения? (Это же порядок как классическое определение диаметра электрона (т.е. 0,6×10–5 нм)!)
|
|
|
Ссылки
[I] Иезекииль, S. и е. Udd, eds., «Волоконно-оптические гироскопы: XV юбилейная конференция,» SPIE Pro ceedings, Vol.1585, 1991.
[2] Лю, р. ю., т. ф. Эль Вейли и р. С Dankworl, "Результаты тестирования Honeywell первого поколения высокопроизводительных интерферометрических волоконно-оптических гироскопов" SPIE труды, том 1585, 1991, pp. 262-275.
[3] Pavlath, г. а., "Производство волоконных гироскопов Lilton руководство и контрольные системы" SPIE труды, том 1585, 1991, pp. 2-6.
[4] Страница, л. я., "Мультиплексный подход для волоконно-оптическогогироскопа инерциальной системы измерений" SPIE Proceedings, Vol. 1367, 1990, pp. 93-102.
[5] Sakiima, K., "Производство волоконно-оптических гироскопов на JAE," SPIE труды, том 1585, 1991, pp. 8-16.
[6] Huyakawa, ю. и. а. Курокава, "Прецизионный волоконно-оптический гироскоп производимый на " Мицубиси "," SPIE труды, том 1585, 1991, pp. 30-39.
[7] Малверне, а. р., "Прогресс на пути к производству волоконно-оптических гироскопов" SPIE труды, том 1585, 1991, стр. 48-64.
[8] Boschelberger, х. Дж. и м. Kcminler, "Триада закрытой петли волоконно-оптического гироскопа" SPIE продолжает выдерживают, Vol. 1585, 1991, pp. 89-97.
[9] Мартин Лефевр, х. Ар, п., ж. Morisse, п. Симонпьетри, п. Vivenot и н. я. Arditty, "Волоконно-оптический гироскоп – продукция фотоники" SPIE труды, том 1585, 1991, pp. 42-47.
[10] Оше, в. м. Освальд и р. Regener, "Волоконно-оптический гироскоп Produclion на Алкател SEL," SPIE труды, том 1585, 1991, стр. 65-79.
[11] Блейк. Ж., ж. Felh, ж. Кокс,, и р. Goeltsche, "Разработка и испытание многоволоконного гироскопа с открытым циклом" SPIE труды, том 1169, 1989, pp. 337-346.
[12] Kajoka, х., т. Kumagai, х. Накаи, х. Tizuka. М. Накамуры и K. Ямада, "Волоконно-оптический гироскоп от Hilachi," SPIE труды, том 1585, 1991, pp. 17-29.
[13] Тяжело е., г. Trommer, р. MoIIer и х. Poisel, "Недорогой пассивный волоконно-оптический гироскоп," SPIE Proceedings, Vol. 1585, 1991, pp. 405-416.
[14] Засорителя, г., г. а. Сандерс, г. в. Адамс и а. п. Джонсон, "Волоконно-оптический гироскоп от Honeywell, Inc.," ИС Oplic гироскоп XV Юбилейной конференции, документ 1585-01, SPIE, 1991, устное сообщение только.
[15] Оптика Новости, 16 декабря 1991 года, pp. 3,4.
[16] Военных и коммерческих волокна бизнес, 10 января 1992 года, стр. 3.
|
|
|
