1. Was sind einachsige faseroptische Gyroskope?
Was es ist:
ein Gerät, das die Rotations- und Winkelgeschwindigkeit des Geräts misst. Die Rotationsgeschwindigkeit wird mit einer optischen Faser mit einem Durchmesser von 0,2 mm gemessen und mit einer Auflösung von 2×1 m/s gemessen. Die Winkelgeschwindigkeit kann mit einer optischen Faser mit einem Durchmesser von 0,5 mm und einer Auflösung von 2×1°/s gemessen werden.
Wie es funktioniert:
Es nimmt ein Eingangssignal auf (eine rotierende Sonde) und gibt ein kalibriertes Ausgangssignal aus (ein Signal mit einer zur Winkelgeschwindigkeit proportionalen Amplitude).
In dem Gerät kommen zwei Arten von Sensoren zum Einsatz: Der eine basiert auf sich drehenden Platten, der andere auf Magnetfeldsensoren, die zur Messung von Drehgeschwindigkeit und -richtung Licht anstelle von Strom verwenden. Die Spinnplatten bestehen aus Stahlfedern, die mit Phosphor als Lichtquelle beschichtet sind, während die Magnetfelder durch Spulen erzeugt werden, die in Aluminiumfolien oder Kupferrohre (ebenfalls mit Phosphor als Lichtquelle) eingebettet sind. Mit ihnen lassen sich auch kleinere Größen wie Drehmoment und Kraft messen, weshalb sie auch Drehmomentkreisel oder Drehmomentsensorkreisel genannt werden.
2. Wozu werden einachsige faseroptische Kreisel verwendet?
Was tun Einachsige faseroptische Kreisel aus chinesischen Fabriken tun? Lange Zeit dachten wir, sie würden zur Messung der Leistung von Kugellagern/Magnetsensoren verwendet. Aber in letzter Zeit hat sich herausgestellt, dass SOGs jetzt in der Navigation (Navigationssysteme), bei der Präzisionsausrichtung und sogar bei elektronischen Systemen in Fahrzeugen eingesetzt werden.
3. Die Vorteile von einachsigen faseroptischen Kreiseln.
Glasfaserkreisel werden für Navigation, Messung und Präzisionsausrichtung verwendet. Diese Geräte sind teuer, aber man kann sie für weniger als $100 (je nach Genauigkeit) und mindestens doppelt so teuer wie Standardkreisel mit der gleichen Leistung bekommen.
4. Die Anwendungen von einachsigen faseroptischen Kreiseln.
Es gibt viele Anwendungen für einachsige faseroptische Kreisel. Zu ihnen gehören die folgenden:
1. Ortung: Die Positionierung von Geräten in einem Schiff, Flugzeug oder einem anderen Boot.
2. Navigation: Die Verwendung von einachsigen faseroptischen Kreiseln für die Navigation, das Zielen und das Ausrichten auf Objekte mit eingeschränkter Sicht oder für kleine Winkel.
3. Präzisionspositionierung und -ausrichtung: Präzisionspositionierung und -ausrichtung werden in Wissenschaft und Technik eingesetzt, um sicherzustellen, dass genaue Messungen in kürzester Zeit und ohne Fehler durch menschliches Versagen und schlechte Bedingungen durchgeführt werden.
4. Satellitennavigation: Die Verwendung von einachsigen faseroptischen Kreiseln aus China in Satellitennavigationssystemen zur Korrektur von Interferenzeffekten durch Sonneneinstrahlung.
5. Lasernachführsysteme mit einem einachsigen faseroptischen Kreisel als aktivem optischen Element, die eine laserbasierte Lokalisierungssteuerung eines Präzisionsbewegungssystems auf einem Flugzeugflügel oder einem anderen festen Objekt im Raum (z. B. einem Teleskop) ermöglichen.
5. Das Funktionsprinzip von einachsigen faseroptischen Kreiseln.
Einachsige faseroptische Gyroskope werden in verschiedenen Bereichen wie Steuerung, Positionierung und Orientierung in der Robotik usw. eingesetzt. Je nach der Struktur des Kreisels lassen sie sich in lineare und nichtlineare Typen einteilen. Lineare Gyroskope werden durch die Drehung einer Masse (z. B. eines Jochs oder einer Kugel) um eine feste Achse (eine Stange oder einen Ring) angetrieben, wobei ein elektrisches Signal an sie angelegt wird. Das Ausgangssignal ist proportional zum Ausgang der Drehbewegung der Masse und damit ihrer Winkelgeschwindigkeit. Das lineare Gyroskop eignet sich ideal für die Bestimmung der Orientierung im Raum; es kann jedoch weder die Größe noch den Winkel mit hoher Genauigkeit ermitteln. Nichtlineare Kreisel nutzen eine andere Nichtlinearität als die mechanische Präzession, die auf dem elektrischen Stromfluss durch bestimmte Arten von Spulen beruht, die ihre Höhe mit der Zeit ändern.
Die Merkmale dieser beiden Typen können wie folgt beschrieben werden:
Linearer Typ: Die Winkelgeschwindigkeit ist proportional zur Eingangsspannung und hängt daher nur von der Drehrichtung und -geschwindigkeit eines Objekts ab; wenn die Räder eines Fahrzeugs mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf ein Hindernis treffen, ändert sich die Winkelgeschwindigkeit von einem Zeitpunkt zum anderen;
Nicht-linearer Typ: Die Winkelgeschwindigkeit hängt hauptsächlich von der Ladungsdichte ab (der Menge des elektrischen Stroms, der durch die Spulen fließt); die Winkelgeschwindigkeit hängt hauptsächlich von der Stärke des Magnetfelds ab; wenn sich ein Objekt mit hoher Geschwindigkeit bewegt, wird das Magnetfeld stärker und die Ladungen werden konzentrierter, während das Magnetfeld bei Verlangsamung schwächer wird und die Ladungen verstreuter werden; außerdem gibt es eine Phase, in der keine Ladung fließt, so dass die Winkelgeschwindigkeit aufgrund des Trägheitseffekts (Nichtlinearität) unbegrenzt zunimmt. Diese Art kann für Anwendungen wie die Berechnung von Gravitationsfeldern oder den Nachweis seismischer Wellen verwendet werden. Allgemein kann sie als der "Grad" der Linearität im Vergleich zum "Grad" der Nichtlinearität definiert werden.
Wenn wir diese beiden Typen vergleichen, stellen wir fest, dass der lineare Typ einen höheren Grad in Bezug auf den nicht-linearen Typ hat; der Grad bedeutet jedoch nicht unbedingt, dass sie das gleiche Leistungsniveau haben. Was den Größenunterschied angeht, so könnte man auch feststellen, dass der lineare Typ größer ist, während der nicht-lineare Typ kleiner ist; dies liegt daran, dass der lineare Typ Metalldraht verwendet, während der nicht-lineare Typ Draht aus einer Aluminiumlegierung verwendet; dies ist sinnvoll, weil Metalldrähte eine höhere Festigkeit haben, aber Aluminium
6. Schlussfolgerung.
Dieses Buch ist ein Muss für alle, die sich für diese aufregende neue Technologie interessieren.
Das einachsige faseroptische Gyroskop ist das jüngste in einer langen Reihe von revolutionären Technologien. Es wurde in den 1960er Jahren erfunden und wird seitdem zur Unterstützung der Sicht, der Navigation und für andere Anwendungen eingesetzt.
Eine der ersten praktischen Anwendungen dieser innovativen Geräte war im medizinischen Bereich, wo sie den Chirurgen halfen, ihre Bewegungen während der Operation zu verfolgen und so zu verhindern, dass sie ihre Konzentration verlieren. Dies ermöglichte es den Chirurgen, heiklere Operationen wie Mikrochirurgie, rekonstruktive Chirurgie und sogar Herzoperationen mit weniger Komplikationen durchzuführen.
Die nächste Anwendung wären Bildsensoren, die für Augmented-Reality-Brillen verwendet werden. Die Verwendung dieser Sensoren ermöglicht es, das Echtzeitvideo direkt vor Ihren Augen zu sehen, ohne dass Sie einen großen Bildschirm auf Ihrem Gesicht oder Kopf tragen müssen. Dadurch können Sie mehr Informationen auf einmal sehen, ohne den Blick von dem, was Sie sehen möchten, abwenden zu müssen. Außerdem entfällt die Notwendigkeit zusätzlicher Linsen, die mit zunehmendem Alter ein größeres Sehvermögen erfordern (das Auge wächst mit dem Alter).
Heutzutage werden einachsige Glasfaserkreisel in allen möglichen Geräten eingesetzt, von iPhones und iPods bis hin zu ferngesteuerten Drohnen und professionellen Autos. Ihre Einsatzmöglichkeiten reichen von Computerspielen wie Fahrsimulatoren bis hin zu medizinischen Präzisionsdiagnosen wie MRT- und CT-Scannern mit ihren hochauflösenden Bildgebungsfunktionen. Sie werden sogar von NASA-Astronauten bei Weltraummissionen eingesetzt, wenn sie während eines längeren Aufenthalts an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) Messungen vornehmen müssen.
