وحدة قياس بالقصور الذاتي عالية الدقة

تعرّف على كيفية تقليل الحساسية المغناطيسية في وحدات القياس بالقصور الذاتي (IMU) المزودة بتقنية FOG باستخدام تقنيات متقدمة مثل إزالة الاستقطاب، والحماية المغناطيسية، وتعويض الأخطاء. اكتشف حلولاً عالية الدقة لأنظمة الطيران والملاحة.في وحدات القياس بالقصور الذاتي عالية الدقة (IMUs)، يُعد الجيروسكوب الليفي البصري (FOG) أحد المكونات الأساسية، ويُعد أداؤه بالغ الأهمية لتحديد موقع واتجاه النظام بأكمله. ومع ذلك، نظرًا لـ تأثير فاراداي في ملف الألياف البصرية، يكون جهاز قياس التذبذب البصري (FOG) حساسًا للغاية لشذوذ المجال المغناطيسي، مما يؤدي مباشرة إلى تدهور أداء الانحياز الصفري والانحراف، وبالتالي التأثير على الدقة الإجمالية لوحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU).إذن، كيف تتولد الحساسية المغناطيسية لوحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) المزودة بتقنية FOG؟ وكيف يمكن كبح هذا التأثير بفعالية؟ ستتناول هذه المقالة بالتحليل المعمق المسارات التقنية لتقليل الحساسية المغناطيسية لوحدة FOG، بدءًا من الجانب النظري وصولًا إلى التطبيق العملي الهندسي.1. حساسية الضباب للمجال المغناطيسي: بدءًا من الآلية الفيزيائيةيكمن سبب حساسية مقياس التذبذب البصري (FOG) للمجالات المغناطيسية في تأثير فاراداي، أي أنه عند مرور ضوء مستقطب خطيًا عبر مادة معينة، وتحت تأثير مجال مغناطيسي، يدور مستوى استقطابه. في بنية تداخل حلقة ساغناك لمقياس التذبذب البصري، يتسبب هذا الدوران في فرق طور بين شعاعين ينتشران في اتجاهين متعاكسين، مما يؤدي إلى أخطاء في القياس. بعبارة أخرى، لا يكون تداخل المجالات المغناطيسية ثابتًا، بل يؤثر ديناميكيًا على خرج مقياس التذبذب البصري بطريقة متغيرة.نظرياً، لا يُفترض أن يُحدث مجال مغناطيسي محوري عمودي على محور ملف الألياف الضوئية تأثير فاراداي. مع ذلك، عملياً، وبسبب الميل الطفيف أثناء لف الألياف الضوئية، يحدث "التأثير المغناطيسي المحوري". هذا هو السبب الرئيسي الذي يجعل تأثير المجالات المغناطيسية بالغ الأهمية في تطبيقات FOG عالية الدقة.2. نهجان تقنيان رئيسيان لـ تقليل حساسية الضباب المغناطيسية(1) تحسينات على مستوى الجهاز البصريأ. تقنية إزالة الاستقطاب: باستبدال الألياف الحافظة للاستقطاب بألياف أحادية النمط، يمكن تقليل استجابة المجال المغناطيسي. ولأن الألياف أحادية النمط تستجيب بشكل أضعف لتأثير فاراداي، تنخفض الحساسية عند المصدر.ب. عملية لف متقدمةيُمكن التحكم في شدّ اللفائف وتقليل الإجهاد المتبقي داخل الألياف لتقليل أخطاء الحث المغناطيسي بشكل فعّال. وبالاقتران مع نظام تحكم آلي في الشدّ، يُعدّ ذلك مفتاحًا لتحسين اتساق الملفات الحافظة للاستقطاب.ج. ألياف بصرية جديدة ذات حساسية مغناطيسية منخفضةفي الوقت الحالي، طرحت بعض الشركات المصنعة مواد ألياف بصرية ذات معاملات استجابة مغناطيسية منخفضة. وعند استخدامها مع هياكل حلقية، يمكنها تحسين قدرة مقاومة التداخل المغناطيسي على مستوى المادة.(2) تدابير مضادة للمغناطيسية على مستوى النظامأ. نمذجة الأخطاء المغناطيسية وتعويضهامن خلال تركيب أجهزة استشعار مغناطيسية (مثل بوابات التدفق) لمراقبة المجال المغناطيسي في الوقت الحقيقي وإدخال نماذج التعويض في نظام التحكم، يمكن تصحيح خرج FOG بشكل ديناميكي.ب. هيكل الحماية المغناطيسية متعدد الطبقاتيُمكن استخدام مواد مثل سبائك μ لبناء تجاويف حماية مزدوجة أو متعددة الطبقات، مما يُضعف بشكل فعال تأثير المجالات المغناطيسية الخارجية على أجهزة قياس سرعة الضوء (FOG). وقد أكدت نمذجة العناصر المحدودة إمكانية زيادة كفاءة الحماية عشرات المرات، ولكنها تزيد أيضًا من وزن النظام وتكلفته.3. التحقق التجريبي: ما مدى أهمية تأثير المجالات المغناطيسية؟في سلسلة من التجارب التي أجريت باستخدام طاولة دوارة ثلاثية المحاور، جمع الباحثون بيانات الانحراف لجهاز قياس الاهتزازات الليفية (FOG) في حالتي الفتح والإغلاق. وأظهرت النتائج أنه عند تعزيز تداخل المجال المغناطيسي، يمكن أن يزداد مقدار انحراف جهاز قياس الاهتزازات الليفية من 5 إلى 10 أضعاف، وتظهر إشارات تداخل طيفي واضحة (مثل 12.48 هرتز، 24.96 هرتز، إلخ).وهذا يشير كذلك إلى أنه في حالة عدم اتخاذ تدابير فعالة، فإن دقة قياسات قوة التماسك ستتأثر بشكل كبير في الطيران الفعلي والفضاء والبيئات الكهرومغناطيسية العالية الأخرى.4. توصيات عملية: كيف يمكن تعزيز القدرة المضادة للمغناطيسية لوحدة قياس القصور الذاتي FOG؟في التطبيقات العملية، نوصي باستراتيجيات الجمع التالية:(1) اختر بنية FOG التي تزيل الاستقطاب(2) استخدم أليافًا بصرية ذات استجابة مغناطيسية منخفضة(3) إدخال معدات لف الألياف الضوئية مع التحكم التلقائي في الشد(4) تركيب بوابات التدفق ثلاثية الأبعاد وبناء نماذج الخطأ(5) تحسين تصميم أغلفة الحماية المصنوعة من سبيكة μعلى سبيل المثال، حافظت الجيروسكوبات البصرية المدمجة داخل سلسلة U-F3X80 و U-F3X100 التي أطلقتها شركة Micro-Magic على خرج مستقر حتى في وجود التداخل المغناطيسي من خلال العديد من التحسينات التقنية، مما يجعلها الحل المفضل بين الحلول الحالية وحدات قياس القصور الذاتي من فئة الطيران.5. الخلاصة: تحدد الدقة مستوى التطبيق، ويجب أخذ الحساسية المغناطيسية على محمل الجدفي أنظمة تحديد المواقع والملاحة والتوجيه عالية الدقة، يُعد أداء وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) المزودة بجسيمات بصرية مغناطيسية (FOG) عاملاً حاسماً في موثوقية النظام. وتُشكل الحساسية المغناطيسية، التي طالما تم تجاهلها، إحدى أبرز معوقات الدقة. ولا يُمكن تحقيق دقة عالية لوحدة القياس بالقصور الذاتي في البيئات الكهرومغناطيسية المعقدة إلا من خلال تحسين شامل يشمل المواد والهياكل وصولاً إلى مستوى النظام.إذا كنت تشعر بالحيرة بشأن اختيار وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) أو مشاكل دقة مستشعرات الحركة البصرية (FOG)، فقد يكون من الأفضل إعادة النظر في الأمر من منظور الحساسية المغناطيسية. وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) من مايكرو ماجيك (Micro-Magic) لمستشعرات الحركة البصرية (FOG). U-F3X80،U-F3X90, U-F3X100،وU-F300 جميعها تتكون من جيروسكوبات ألياف بصرية. من أجل يحسن دقة وحدة قياس القصور الذاتي الضبابية، يمكننا تقليل الحساسية المغناطيسية لجيروسكوبات الألياف البصرية الموجودة بداخلها بشكل كامل من خلال التدابير التقنية المناسبة.U-F3X80وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) ذات الجيروسكوب الليفي البصريU-F3X90وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) ذات الجيروسكوب الليفي البصريU-F100Aجيروسكوب ألياف بصرية متوسط ​​الدقةU-F3X100وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) ذات الجيروسكوب الليفي البصري