عملية تصنيع الجيروسكوب الليفي البصري

جيروسكوب الألياف البصرية أصبح المكون الأساسي المفضل للدقة العالية والموثوقية العالية أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي بفضل مزاياها الهامة، كالتصميم المتكامل، وانعدام الأجزاء المتحركة، وسرعة التشغيل، وطول العمر الافتراضي، ونطاقها الديناميكي الواسع، ومقاومتها العالية للصدمات والاهتزازات، تكمن أهمية الجيروسكوبات الليفية البصرية في دقة وتعقيد عملية تصنيعها. فمن اختيار ومعالجة الألياف البصرية المتخصصة، إلى ربط ومحاذاة المكونات البصرية الدقيقة، مرورًا بلفّ ومعالجة ملف الاستشعار الأساسي بدقة متناهية، وصولًا إلى دمج الأنظمة الإلكترونية المعقدة وتطبيق خوارزميات التعويض البيئي المتطورة، تُجسّد كل مرحلة من مراحل الإنتاج تجسيدًا لأحدث ما توصل إليه علم المواد، والهندسة البصرية الدقيقة، وتقنية الإلكترونيات الدقيقة، ونظرية التحكم المتقدمة. حتى أدنى انحراف خلال عملية التصنيع قد يؤثر بشكل حاسم على دقة المنتج النهائي واستقراره وموثوقيته.

فيما يلي مقدمة مفصلة لعملية إنتاج الجيروسكوب الليفي البصري.

1. تصنيع حلقات الألياف الضوئية

يُعدّ حلقة الألياف المكوّن الأساسي في الجيروسكوب الليفي البصري، وتُعتبر عملية تصنيعها بالغة الأهمية. في البداية، يجب اختيار ألياف بصرية عالية الجودة ولفّها على شكل حلقة من خلال عمليات لفّ دقيقة. خلال هذه العملية، من الضروري التحكم بدقة في شدّ الألياف البصرية، وقطر حلقة اللف وكثافتها لضمان أداء حلقة الألياف واستقرارها. بعد اللف، تُطلى الحلقة بمادة لاصقة وتُعالج لتثبيت شكلها. بعد ذلك، تخضع حلقة الألياف البصرية لدورات حرارية متكررة لإزالة الإجهاد المتبقي الداخلي وتعزيز استقرارها الميكانيكي من خلال طلاء الإيبوكسي.

2. تكامل الأجهزة البصرية

بعد تصنيع حلقة الألياف الضوئية، يلزم تجميعها بدقة مع المكونات البصرية الأخرى. يشمل ذلك بشكل أساسي تجميع مُعدِّلات الموجة Y ودمج مصادر الضوء والكواشف لضمان مسارات بصرية سلسة ومستقرة. إضافةً إلى ذلك، يُشترط إجراء اختبارات أداء صارمة للمكونات المُجمَّعة للتأكد من مطابقتها لمتطلبات التصميم.

3. بناء نظام الدائرة

يشمل بناء أنظمة الدوائر تصميم دوائر معالجة الإشارات ودوائر التغذية الراجعة ذات الحلقة المغلقة. يعمل معالج FPGA كمعالج أساسي لتوليد إشارات تعديل الموجة المربعة/الموجة المنشارية لتشغيل دليل الموجة Y، وتحيز نقطة التشغيل للمنطقة الحساسة، وحساب فرق الطور (Δφ) لإشارة التداخل الخارجة من الكاشف، والتي تُحوّل إلى سرعة زاوية (Ω). يتم التعويض ديناميكيًا عن فرق طور ساغناك من خلال التحكم الرقمي ذي الحلقة المغلقة لتحسين الخطية والنطاق الديناميكي.

4. تجميع واختبار الآلة بالكامل

بعد إتمام تصنيع حلقات الألياف الضوئية والمكونات البصرية ولوحات الدوائر، تأتي مرحلة التجميع النهائي. تشمل هذه العملية تغليفًا مقاومًا للظروف البيئية ومعايرة الأداء وتعويضه. تُغلّف الوحدات البصرية والإلكترونية داخل غلاف معدني واقٍ لعزلها عن تغيرات درجة الحرارة والرطوبة والتداخل الكهرومغناطيسي. تستخدم المنتجات العسكرية أغلفة من سبائك التيتانيوم لتعزيز مقاومتها للصدمات. بعد ذلك، أُجريت سلسلة من الاختبارات والمعايرات على جيروسكوب الألياف الضوئية، بما في ذلك معايرة الانحياز الصفري، وتعويض درجة الحرارة، واختبار العتبة، لضمان استيفاء جميع مؤشرات الأداء للمتطلبات المتوقعة.

تشمل الصعوبات الرئيسية في عملية تصنيع الجيروسكوبات الليفية البصرية ما يلي:

1. لف دقيق لملفات الألياف الضوئية

قد يتسبب الإجهاد المتولد أثناء عملية لفّ ملفات الألياف الضوئية في حدوث أخطاء في الاستقطاب. ويكمن الحل في استخدام ألياف تحافظ على الاستقطاب واعتماد عملية لفّ متناظرة.

2. تغليف وتوصيل الرقائق البصرية المتكاملة (موجات Y)

تُعدّ الموجهات الضوئية على شكل حرف Y المكونات البصرية المتكاملة متعددة الوظائف الأساسية في أجهزة التوجيه الضوئية. وخلال عملية التغليف والربط البيني، تكون دقة محاذاة المحور البصري عالية للغاية. ويكمن حل هذه الصعوبة في استخدام نظام محاذاة نشط وجهاز لحام انصهار يحافظ على الاستقطاب.

3. الانحراف الحراري

قد تؤدي تغيرات درجة الحرارة إلى انحراف طور الجيروسكوب، مما يؤثر على دقة القياس. ويكمن الحل في استخدام مزيلات استقطاب متعددة المراحل واعتماد خوارزميات تعويض درجة الحرارة المجزأة للتخلص من تأثير انحراف درجة الحرارة.

• المقالة السابقة

  اختبار الاهتزاز وتصميم مقاومة الاهتزاز لمقياس التسارع الكوارتزي عالي الأداء

• الصفحة التالية

  تصميم دائرة الحماية من التوصيل العكسي والجهد الزائد لمدخلات الطاقة المستمرة