Ringlasergyro's en vezeloptische gyro's: principes, typen en prestatievergelijking

Moderne traagheidsnavigatiesystemen zijn sterk afhankelijk van rotatiesensoren met hoge precisie. Daartoe behoren de Ring Laser Gyroscoop (RLG) en Vezeloptische Gyroscoop (FOG) het meest gebruikt vanwege hun stabiliteit, nauwkeurigheid en betrouwbaarheid.

Dit artikel geeft een duidelijk overzicht van hoe deze gyroscopen werken, de verschillende classificaties van vezeloptische gyro's en hoe hun prestaties internationaal worden vergeleken.

1. Wat is een Ring Laser Gyroscoop (RLG)?

De academische naam van een lasergysroscoop is de Ring Laser.
De internationaal erkende term is Ring Laser Gyroscoop (RLG).

Een RLG is in wezen een He-Ne (Helium–Neon) laser met een gesloten ringholte.
Binnen de holte propageren twee laserstralen in tegengestelde richtingen. Wanneer het systeem roteert, veranderen de optische padlengtes asymmetrisch, wat resulteert in een meetbaar frequentieverschil.

Dit fysische mechanisme staat bekend als het Sagnac-effect — hetzelfde principe dat wordt gebruikt in alle optische gyroscopen.

Waarom RLG's belangrijk zijn

Groot dynamisch bereik

Zeer hoge nauwkeurigheid

Uitzonderlijke langetermijnstabiliteit

Volwassen en bewezen in lucht- en ruimtevaart- en defensietoepassingen

2. Vezeloptische Gyroscopen (FOG): Typen en meetprincipes

Vezeloptische Gyroscopen zijn ook afhankelijk van het Sagnac-effect, maar in plaats van een laserholte reist licht door een lange spoel van optische vezels.

FOG's kunnen worden onderverdeeld in drie hoofdtypen:

2.1 Resonante Vezeloptische Gyroscoop (RFOG)

Meet frequentieverschil tussen tegengepropageerde stralen

Gebruikt een resonante optische holte

Potentieel voor extreem hoge nauwkeurigheid

De voorkeur voor navigatiesystemen van de volgende generatie

2.2 Interferometrische Vezeloptische Gyroscoop (IFOG)

Meet faseverschil

Momenteel het meest volwassen en veelgebruikte type

Hoge betrouwbaarheid en goede kosten-prestatieverhouding

2.3 Brillouin-verstrooiingsvezeloptische gyroscoop (BFOG)

Meet faseverschil

Maakt gebruik van Brillouin-verstrooiingseffecten in optische vezels

Geschikt voor toepassingen met hoge precisie

3. Open-loop versus closed-loop FOG-architectuur

Open-loop Vezeloptische Gyro

Relatief eenvoudig ontwerp

Klein dynamisch bereik

Slechte lineariteit van de schaalfactor

Lagere nauwkeurigheid

Het beste voor kostengevoelige of mid-performance toepassingen.

Closed-loop Vezeloptische Gyro

Complexer ontwerp

Groot dynamisch bereik

Uitstekende lineariteit van de schaalfactor

Hoge nauwkeurigheid

Op grote schaal toegepast in de lucht- en ruimtevaart, robotica, marine en onbemande systemen.

4. RLG vs. FOG: Prestatievergelijking

5. Nauwkeurigheidsniveaus: nationaal versus internationaal

China (Nationaal):

RLG-nauwkeurigheid: >5 ppm

Bias-stabiliteit: 0,01–0,001°/h

Internationaal (Top Tier):

RLG-nauwkeurigheid: <1 ppm

Bias-stabiliteit: 0,0001°/h

Deze specificaties plaatsen buitenlandse high-end RLG's tot de meest nauwkeurige traagheidsensoren die in de wereld beschikbaar zijn.

6. Samenvatting

Zowel Ring Laser Gyroscopen als Vezeloptische Gyroscopen zijn onmisbare componenten van hoogwaardige traagheidsnavigatie. Hun verschillen kunnen als volgt worden samengevat:

RLG's bieden superieure precisie en langetermijnstabiliteit, waardoor ze ideaal zijn voor lucht- en ruimtevaart- en strategische systemen.

FOG's bieden een flexibele, schaalbare aanpak met meerdere architecturen (IFOG, RFOG, BFOG) die geschikt zijn voor verschillende prestatieniveaus.

Closed-loop FOG's overbruggen de kloof tussen kosten en prestaties en domineren mainstream industriële en UAV-toepassingen.

Met continue innovatie in resonante en Brillouin FOG-technologieën en gestage vooruitgang van RLG-productieprocessen, zullen optische gyroscopen nieuwe standaarden blijven stellen in traagheidsnavigatienauwkeurigheid.