Le composant essentiel du guidage inertiel :Gyroscope à fibre optique

Introduction aux gyroscopes à fibre optique

Les systèmes de navigation inertielle dépendent fortement de l’exactitude et de la précision de leurs composants principaux. L'un de ces composants qui a considérablement amélioré les capacités de ces systèmes est le gyroscope à fibre optique (FOG). FOG est un capteur essentiel qui joue un rôle central dans la mesure de la vitesse angulaire du porteur avec une précision remarquable.

Fonctionnement du gyroscope à fibre optique

Les FOG fonctionnent sur le principe de l'effet Sagnac, qui consiste à diviser un faisceau laser en deux trajets distincts, lui permettant de se déplacer dans des directions opposées le long d'une boucle de fibre optique enroulée. Lorsque le porteur, intégré au FOG, tourne, la différence de temps de trajet entre les deux faisceaux est proportionnelle à la vitesse angulaire de rotation du porteur. Ce retard, appelé déphasage de Sagnac, est ensuite mesuré avec précision, permettant au FOG de fournir des données précises sur la rotation du porteur.

Le principe d'un gyroscope à fibre optique consiste à émettre un faisceau lumineux à partir d'un photodétecteur. Ce faisceau lumineux traverse un coupleur, entrant par une extrémité et sortant par une autre. Il traverse ensuite une boucle optique. Deux faisceaux de lumière, venant de directions différentes, entrent dans la boucle et complètent une superposition cohérente après avoir tourné autour. La lumière renvoyée rentre dans une diode électroluminescente (DEL), qui est utilisée pour détecter son intensité. Bien que le principe d'un gyroscope à fibre optique puisse paraître simple, le défi le plus important réside dans l'élimination des facteurs qui affectent la longueur du trajet optique des deux faisceaux lumineux. Il s’agit de l’un des problèmes les plus critiques rencontrés lors du développement de gyroscopes à fibre optique.

1 : diode superluminescente           2 : diode photodétecteur

3. coupleur de source lumineuse           4.coupleur à anneau de fibre            5. anneau de fibre optique

Avantages des gyroscopes à fibre optique

Les FOG offrent plusieurs avantages qui les rendent inestimables dans les systèmes de navigation inertielle. Ils sont réputés pour leur précision, leur fiabilité et leur durabilité exceptionnelles. Contrairement aux gyroscopes mécaniques, les FOG ne comportent aucune pièce mobile, ce qui réduit le risque d'usure. De plus, ils résistent aux chocs et aux vibrations, ce qui les rend idéaux pour les environnements exigeants tels que les applications aérospatiales et de défense.

Intégration de gyroscopes à fibre optique dans la navigation inertielle

Les systèmes de navigation inertielle intègrent de plus en plus de FOG en raison de leur haute précision et fiabilité. Ces gyroscopes fournissent les mesures cruciales de vitesse angulaire nécessaires à la détermination précise de l'orientation et de la position. En intégrant les FOG dans les systèmes de navigation inertielle existants, les opérateurs peuvent bénéficier d'une précision de navigation améliorée, en particulier dans les situations où une précision extrême est nécessaire.

Applications des gyroscopes à fibre optique dans la navigation inertielle

L'inclusion des FOG a élargi les applications des systèmes de navigation inertielle dans divers domaines. Dans l'aérospatiale et l'aviation, les systèmes équipés de FOG offrent des solutions de navigation précises pour les avions, les drones et les engins spatiaux. Ils sont également largement utilisés dans la navigation maritime, les études géologiques et la robotique avancée, permettant à ces systèmes de fonctionner avec des performances et une fiabilité améliorées.

Différentes variantes structurelles de gyroscopes à fibre optique

Les gyroscopes à fibre optique se présentent sous diverses configurations structurelles, la plus prédominante entrant actuellement dans le domaine de l'ingénierie étant lagyroscope à fibre optique à maintien de polarisation en boucle fermée. Au cœur de ce gyroscope se trouve leboucle de fibre à maintien de polarisation, comprenant des fibres maintenant la polarisation et une structure conçue avec précision. La construction de cette boucle implique une méthode d'enroulement quadruple symétrique, complétée par un gel d'étanchéité unique pour former une bobine de boucle de fibre à l'état solide.