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Giroscopio de fibra óptica

La interferencia en un interferómetro de Sagnac es proporcional al área encerrada. Una bobina de fibra óptica en forma de bucle multiplica el área efectiva por el número de bucl...

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La interferencia en un interferómetro de Sagnac es proporcional al área encerrada. Una bobina de fibra óptica en forma de bucle multiplica el área efectiva por el número de bucles.

Un giroscopio de fibra óptica ( FOG ) detecta cambios de orientación mediante el efecto Sagnac , desempeñando así la función de un giroscopio mecánico . Sin embargo, su principio de funcionamiento se basa en la interferencia de la luz que ha pasado a través de una bobina de fibra óptica , que puede tener una longitud de hasta 5 kilómetros (3 millas) . 

Operación

Dos haces láser se inyectan en la misma fibra, pero en direcciones opuestas. Debido al efecto Sagnac , el haz que viaja en sentido contrario a la rotación experimenta un retardo de trayectoria ligeramente menor que el otro haz. El desfase diferencial resultante se mide mediante interferometría, lo que permite convertir un componente de la velocidad angular en un desplazamiento del patrón de interferencia, que se mide fotométricamente.

La óptica de división de haz divide la luz de un diodo láser (u otra fuente de luz láser) en dos ondas que se propagan en sentido horario y antihorario a través de una bobina compuesta por muchas vueltas de fibra óptica. La intensidad del efecto Sagnac depende del área efectiva del trayecto óptico cerrado: esta no es simplemente el área geométrica del bucle, sino que también aumenta con el número de vueltas de la bobina. El FOG fue propuesto por primera vez por Vali y Shorthill en 1976. [ 1 ] El desarrollo tanto del FOG de tipo interferómetro pasivo, o IFOG, como de un concepto más reciente, el FOG de resonador de anillo pasivo, o RFOG, está en marcha en muchas empresas y establecimientos de todo el mundo. [ 2 ]

Ventajas

Un giroscopio de fibra óptica (FOG) proporciona información de velocidad de rotación extremadamente precisa, en parte debido a su falta de sensibilidad transversal a vibraciones, aceleraciones y golpes. A diferencia del giroscopio clásico de masa giratoria o los giroscopios resonantes/mecánicos, el FOG no tiene partes móviles y no depende de la resistencia inercial al movimiento. Por lo tanto, el FOG es una excelente alternativa a un giroscopio mecánico. Debido a su fiabilidad intrínseca y larga vida útil, los FOG se utilizan en aplicaciones espaciales de alto rendimiento [ 3 ] y en sistemas de navegación inercial militares.

Los giroscopios de fibra óptica son cada vez más valorados por su resistencia a las interferencias y suplantación de identidad del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS). Debido a que los FOG funcionan como sensores inerciales autónomos y no dependen de señales satelitales externas para determinar el movimiento de rotación o el rumbo, pueden seguir proporcionando datos precisos de navegación y actitud durante eventos de interferencia del GPS. [ 4 ] Esto se ha vuelto particularmente importante en aplicaciones marítimas y de defensa, donde la interrupción deliberada del GNSS ha aumentado significativamente en regiones como el Mar Negro, el Mar Báltico, el Mediterráneo oriental y el Estrecho de Ormuz [ 5 ] .  

El giroscopio de fibra óptica (FOG) suele mostrar una resolución mayor que un giroscopio láser de anillo .

Los FOG se implementan tanto en configuraciones de lazo abierto como de lazo cerrado .

Desventajas

Al igual que todas las demás tecnologías de giroscopios y dependiendo del diseño detallado del FOG, los FOG pueden requerir una calibración inicial (determinar qué indicación corresponde a una velocidad angular cero).

Algunos diseños de FOG son algo sensibles a las vibraciones. [ 6 ] Sin embargo, cuando se combinan con FOG de múltiples ejes y acelerómetros, y se hibridan con datos del Sistema Global de Navegación por Satélite ( GNSS ), el impacto se mitiga, lo que hace que los sistemas FOG sean adecuados para entornos de alta vibración, incluidos los sistemas de puntería de cañones para obuses de 105 mm y 155 mm.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Vali, V.; Shorthill, RW (1976). "Interferómetro de anillo de fibra". Applied Optics . 15 (5): 1099– 100. Bibcode : 1976ApOpt..15.1099V . doi : 10.1364/AO.15.001099 . PMID 20165128 . 
  2. ↑ Lefèvre, Hervé (1993). El giroscopio de fibra óptica . ARTECH HOUSE, INC. ISBN 0-89006-537-3.
  3. ↑ "Astrix® 1000" . Archivado del original el 27 de mayo de 2019. Consultado el 27 de mayo de 2019 .
  4. ↑ Magner, Ralf (28 de agosto de 2025). "Cómo la brújula giroscópica de fibra óptica supera las interferencias y la suplantación de identidad de los barcos" . SAFETY4SEA . Consultado el 8 de mayo de 2026 .
  5. ↑ Gidron, Ziv (19 de junio de 2025). "Oriente Medio al borde del abismo: la interferencia del GPS en el Golfo Pérsico y el Estrecho de Ormuz afecta a 970 barcos diariamente" . Windward . Consultado el 8 de mayo de 2026 .
  6. ↑ Chen, Xiyuan; Wang, Wei (2017). "Extracción y compensación del error de vibración del FOG basado en una descomposición empírica de modo mejorada con señal de enmascaramiento". Applied Optics . 56 (13): 3848– 3856. Bibcode : 2017ApOpt..56.3848C . doi : 10.1364/AO.56.003848 . PMID 28463278 . 

Fuentes

  • Anthony Lawrence, Tecnología inercial moderna: navegación, guiado y control , Springer, capítulos 11 y 12 (páginas 169-207), 1998. ISBN 0-387-98507-7.
  • Pavlath, GA (1994). «Giroscopios de fibra óptica». Actas de LEOS'94 . Vol.  2. págs. 237–238 . doi : 10.1109/LEOS.1994.586467 . ISBN  0-7803-1470-0. S2CID 117215647 . 
  • RPG Collinson, Introducción a los sistemas de aviónica , 2003 Kluwer Academic Publishers, Boston. ISBN 1-4020-7278-3.
  • José Miguel López-Higuer, Manual de tecnología de detección por fibra óptica , 2000, John Wiley & Sons Ltd.
  • Hervé Lefèvre, El giroscopio de fibra óptica , 1993, Artech House. ISBN 0-89006-537-3.