تصميم وحدة قياس القصور الذاتي المصغرة (IMU) باستخدام الجيروسكوب الليفي البصري: حل عالي الدقة ومنخفض الطاقة

اكتشف التصميم المبتكر لوحدة قياس القصور الذاتي (IMU) المصغرة بتقنية الجيروسكوب الليفي البصري (FOG)، والتي توفر دقة عالية، واستهلاكًا منخفضًا للطاقة، وميزات احتياطية لتطبيقات الفضاء والملاحة والصناعة. تعرف على مزاياها التقنية وأدائها.

1. نظرة عامة

مع تزايد الطلب على أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي في مجالات الطيران والفضاء، والملاحة المتطورة، والتطبيقات الصناعية، أصبحت عوامل التصغير، وانخفاض استهلاك الطاقة، والموثوقية العالية مؤشرات أساسية. تقدم هذه المقالة حلاً تصميمياً مبتكراً لوحدة قياس القصور الذاتي (IMU) مصغرة تعتمد على جيروسكوب الألياف الضوئية (FOG)، مستندةً إلى خبرة أربعين عاماً في تكنولوجيا FOG، وتؤكد أداءها المتميز من خلال التحقق الهندسي.

2. الخلفية التقنية

يقيس الجيروسكوب الليفي البصري (FOG) السرعة الزاوية باستخدام تأثير ساغناك. منذ ظهوره عام 1976، حلّ الجيروسكوب الليفي البصري تدريجياً محل الجيروسكوبات الميكانيكية والليزرية التقليدية بفضل بنيته الصلبة، وموثوقيته العالية، وسرعة تشغيله.

3. تصميم بنية النظام

يتكون نظام وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) هذا من عنصرين أساسيين: وحدة IMU ودائرة IMU. تتضمن الوحدة أربعة مقاييس اهتزازية مرنة (FOGs) وأربعة مقاييس تسارع مرنة من الكوارتز، باستخدام بنية 4S. يمكن لأي توليفة من ثلاثة محاور تحقيق قياس ثلاثي الأبعاد للسرعة الزاوية والتسارع، مع وجود درجة حرية واحدة احتياطية لتحسين تحمل الأعطال.
يتضمن نظام الدائرة الكهربائية دائرة واجهة رئيسية/احتياطية ووحدة إدارة الطاقة. توفر الواجهة الرئيسية/الاحتياطية طاقة احتياطية (باردة/ساخنة) وهي مسؤولة عن استقبال إشارات المستشعرات والتواصل مع نظام الملاحة، بالإضافة إلى توفير طاقة ثانوية. تتحكم وحدة إدارة الطاقة بشكل مستقل في تشغيل/إيقاف كل مستشعر قناة، مما يعزز تكامل النظام وقدرات تنظيم الطاقة.

4. تحسين الجهاز والدائرة الأساسية

يُقلل تصميم إدارة الطاقة المُصغّر، الذي يستخدم دائرة واجهة LSMEU01 المُعتمدة على تغليف SIP ومرحلات التثبيت المغناطيسية، حجم دائرة IMU بأكملها بنسبة 50% تقريبًا، ويُخفّض وزنها إلى 0.778 كجم. ويعتمد مقياس التسارع استراتيجية تعويض حراري تعتمد على معايير مُجمّعة، مما يُحسّن استهلاك الطاقة للقناة الواحدة إلى 0.9 واط، ويُقلل بشكل فعّال الحمل الحراري الإجمالي.
مؤشرات الأداء
الوزن الإجمالي: 850 غرام
الهيكل: تكوين احتياطي مع 4 أجهزة استشعار للحركة (FOGs) + 4 مقاييس تسارع
بيئات التطبيق: الفضاء الجوي، ومسح الحفر، ومنصات الاتصالات الديناميكية، وغيرها من السيناريوهات ذات المتطلبات الصارمة فيما يتعلق بالحجم والطاقة والأداء.

5. الآفاق المستقبلية

اجتاز هذا التصميم اختبارات التكامل بنجاح في العديد من الأنظمة النموذجية، وأظهر أداءً مستقرًا وموثوقًا. وباعتباره أحد أصغر وحدات قياس القصور الذاتي (IMU) بتقنية FOG في السوق، يُعدّ U-F3X90 مناسبًا لتطبيقات مثل أنظمة مرجعية الاتجاه والوضع (AHRS)، وأنظمة التحكم في الطيران، ومنصات الملاحة المدمجة بالقصور الذاتي/الأقمار الصناعية، والمعدات الصناعية عالية الديناميكية. كما يوفر حلاً عالي الدقة ومنخفض الطاقة لمختلف التطبيقات المتطورة.