Con quay hồi chuyển laze vòng và con quay hồi chuyển sợi quang: Nguyên tắc, các loại và so sánh hiệu suất

Hệ thống dẫn đường quán tính hiện đại phụ thuộc nhiều vào các cảm biến xoay có độ chính xác cao. Trong số đó, Con quay hồi chuyển laze vòng (RLG) và Con quay hồi chuyển sợi quang (FOG) là những loại được sử dụng rộng rãi nhất nhờ vào tính ổn định, độ chính xác và độ tin cậy của chúng.

Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan rõ ràng về cách thức hoạt động của các con quay hồi chuyển này, các phân loại khác nhau của con quay hồi chuyển sợi quang và hiệu suất của chúng được so sánh như thế nào trên phạm vi quốc tế.

1. Con quay hồi chuyển laze vòng (RLG) là gì?

Tên học thuật của con quay hồi chuyển laze là Laze vòng.
Thuật ngữ được quốc tế công nhận của nó là Con quay hồi chuyển laze vòng (RLG).

Về bản chất, RLG là một laze He-Ne (Helium–Neon) với một khoang vòng kín.
Bên trong khoang, hai chùm tia laze truyền theo hướng ngược nhau. Khi hệ thống quay, chiều dài đường đi quang học thay đổi không đối xứng, dẫn đến sự khác biệt về tần số có thể đo được.

Cơ chế vật lý này được gọi là Hiệu ứng Sagnac — nguyên tắc tương tự được sử dụng trong tất cả các con quay hồi chuyển quang học.

Tại sao RLG lại quan trọng

Phạm vi hoạt động lớn

Độ chính xác rất cao

Độ ổn định dài hạn đặc biệt

Trưởng thành và đã được chứng minh trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và quốc phòng

2. Con quay hồi chuyển sợi quang (FOG): Các loại và nguyên tắc đo

Con quay hồi chuyển sợi quang cũng dựa trên Hiệu ứng Sagnac, nhưng thay vì một khoang laze, ánh sáng truyền qua một cuộn sợi quang dài.

FOG có thể được phân loại thành ba loại chính:

2.1 Con quay hồi chuyển sợi quang cộng hưởng (RFOG)

Đo sự khác biệt về tần số giữa các chùm tia truyền ngược chiều

Sử dụng một khoang quang học cộng hưởng

Tiềm năng cho độ chính xác cực cao

Được ưa chuộng cho các hệ thống dẫn đường thế hệ tiếp theo

2.2 Con quay hồi chuyển sợi quang giao thoa (IFOG)

Đo sự khác biệt về pha

Hiện là loại trưởng thành và được sử dụng rộng rãi nhất

Độ tin cậy cao và tỷ lệ hiệu suất chi phí tốt

2.3 Con quay hồi chuyển sợi quang tán xạ Brillouin (BFOG)

Đo sự khác biệt về pha

Sử dụng các hiệu ứng tán xạ Brillouin trong sợi quang

Thích hợp cho các ứng dụng có độ chính xác cao

3. Kiến trúc FOG vòng hở so với vòng kín

Con quay hồi chuyển sợi quang vòng hở

Thiết kế tương đối đơn giản

Phạm vi hoạt động nhỏ

Độ tuyến tính hệ số tỷ lệ kém

Độ chính xác thấp hơn

Tốt nhất cho các ứng dụng nhạy cảm về chi phí hoặc hiệu suất trung bình.

Con quay hồi chuyển sợi quang vòng kín

Thiết kế phức tạp hơn

Phạm vi hoạt động lớn

Độ tuyến tính hệ số tỷ lệ tuyệt vời

Độ chính xác cao

Được ứng dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, robot, hàng hải và các hệ thống không người lái.

4. RLG so với FOG: So sánh hiệu suất

5. Mức độ chính xác: Trong nước so với Quốc tế

Trung Quốc (Trong nước):

Độ chính xác RLG: >5 ppm

Độ ổn định thiên vị: 0.01–0.001°/h

Quốc tế (Hạng nhất):

Độ chính xác RLG: <1 ppm

Độ ổn định thiên vị: 0.0001°/h

Các thông số kỹ thuật này đặt các RLG cao cấp nước ngoài vào nhóm các cảm biến quán tính chính xác nhất hiện có trên thế giới.

6. Tóm tắt

Cả Con quay hồi chuyển laze vòng và Con quay hồi chuyển sợi quang đều là những thành phần không thể thiếu của hệ thống dẫn đường quán tính hiệu suất cao. Sự khác biệt của chúng có thể được tóm tắt như sau:

RLG cung cấp độ chính xác vượt trội và độ ổn định dài hạn, khiến chúng trở nên lý tưởng cho hàng không vũ trụ và các hệ thống chiến lược.

FOG cung cấp một phương pháp tiếp cận linh hoạt, có thể mở rộng với nhiều kiến trúc (IFOG, RFOG, BFOG) phù hợp với các mức hiệu suất khác nhau.

FOG vòng kín thu hẹp khoảng cách giữa chi phí và hiệu suất, chiếm ưu thế trong các ứng dụng công nghiệp và UAV chính thống.

Với sự đổi mới liên tục trong công nghệ FOG cộng hưởng và Brillouin, và sự tiến bộ ổn định của quy trình sản xuất RLG, con quay hồi chuyển quang học sẽ tiếp tục thiết lập các tiêu chuẩn mới về độ chính xác dẫn đường quán tính.