Con quay hồi chuyển quang học FOG là dạng cảm biến dùng đo vận tốc góc (tốc độ vòng quay). Không giống các con quay hồi cơ học truyền thống dựa trên các bộ phận cơ khí chuyển động, con quay hồi chuyển sợi quang dựa trên độ lệch di chuyển ánh sáng qua các sợi quang để phát hiện chuyển động quay. FOG ưu điểm với độ chính xác cao, hoạt động ổn định nên được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng định hướng và dẫn đường, trong các hệ thống hàng không vũ trự, hàng hải và quân sự.
Nguyên lý hoạt động của con quay hồi chuyển sợi quang FOG
Nguyên lý hoạt động của con quay hồi chuyển sợi quang (FOG) dựa trên hiệu ứng Sagnac, một hiện tượng giao thoa ánh sáng gây ra bởi sự quay. Được nhà vật lý người Pháp Georges Sagnac phát hiện lần đầu tiên vào năm 1913, hiệu ứng Sagnac xảy ra trong thiết bị giao thoa kế vòng (hoặc giao thoa kế Sagnac). Nó mô tả hành vi của ánh sáng khi lan truyền theo một vòng kín. Khi hệ thống quay, hai chùm tia sáng truyền theo hướng ngược nhau quanh vòng sẽ có thời gian truyền khác nhau, gây ra sự lệch pha giữa chúng. Sự lệch pha này tỷ lệ thuận với vận tốc góc của hệ thống quay.
Hiệu ứng Sagnac
Trong một đường dẫn quang học khép kín, ánh sáng từ một nguồn duy nhất được tách thành hai chùm tia, di chuyển theo hướng ngược nhau theo vòng lặp. Khi hệ thống quay, hai chùm tia đi được những quãng đường khác nhau và do đó có thời gian di chuyển khác nhau, dẫn đến sự chênh lệch pha khi chúng gặp nhau tại bộ thu Detecto. Sự dịch chuyển pha này liên quan trực tiếp đến vận tốc góc quay.
Công thức mô tả hiệu ứng Sagnac được tính theo công thức sau:
Δφ 4AΩR = ______ λc
ΔφR là độ lệch pha giữa hai chùm tia sáng.
A là diện tích của vòng sợi quang.
Ω là vận tốc góc (tốc độ quay đầu vào) của hệ thống.
λ là bước sóng của ánh sáng laser.
c là tốc độ ánh sáng.
Cấu trúc của hệ thống con quay hồi chuyển bao gồm:
Nguồn sáng: Thường là laser bán dẫn hoặc laser hồng ngoại.
Cảm biến ánh sáng: Bao gồm các bộ detector như điốt quang hoặc điện trở nhạy sáng, phát hiện sự thay đổi cường độ ánh sáng do sự dịch chuyển pha gây ra bởi sự quay.
Cơ cấu con quay hồi chuyển: Đây là hệ thống điều khiển sự quay của vòng sợi quang, có thể được điều chỉnh bằng động cơ hoặc bộ truyền động.
Vòng sợi quang là lõi của con quay hồi chuyển. Khi hệ thống quay, ánh sáng truyền qua vòng sợi quang sẽ trải qua sự chênh lệch pha, sau đó được đo bởi cảm biến ánh sáng.
Ưu điểm con quay hồi chuyển sợi quang
Độ chính xác cao:
Con quay hồi chuyển quang học cung cấp các phép đo tốc độ quay cực kỳ chính xác, vượt xa con quay hồi chuyển cơ học truyền thống.
Độ bền cực cao
Vì không có các bộ phận cơ khí chuyển động, con quay hồi chuyển quang học tránh được các vấn đề liên quan đến mài mòn và ma sát, dẫn đến nhu cầu bảo trì thấp hơn và tuổi thọ cao hơn.
Khả năng chống nhiễu điện từ EMI mạnh mẽ:
Con quay hồi chuyển sợi quang chịu được các yếu tố môi trường như biến đổi nhiệt độ và rung động, nhiễu điện từ EMI lý tưởng để sử dụng trong điều kiện khắc nghiệt.
Nhỏ gọn và nhẹ
Với những tiến bộ trong công nghệ quang học, con quay hồi chuyển ngày càng nhỏ gọn và dễ mang theo hơn, phù hợp để tích hợp vào các thiết bị nhỏ gọn và các dụng cụ có độ chính xác cao.
Ứng dụng của con quay hồi chuyển sợi quang
Robot thông minh
Con quay hồi chuyển sợi quang cho phép robot thực hiện các chuyển động chính xác hơn và nhanh chóng thu thập dữ liệu môi trường, nâng cao khả năng hoàn thành các nhiệm vụ phức tạp.
Xe tự hành
Con quay hồi chuyển sợi quang đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống lái tự hành bằng cách cung cấp định vị chính xác và lập kế hoạch đường đi, giúp giảm khả năng xảy ra tai nạn.
Hàng không vũ trụ
Trong hàng không vũ trụ, con quay hồi chuyển sợi quang sẽ hỗ trợ điều hướng và định vị máy bay tàu vũ trụ chính xác hơn, đảm bảo các nhiệm vụ không gian an toàn và hiệu quả hơn.