การนำทางเฉื่อย

การนำทางเฉื่อย

โซลูชั่นส่วนประกอบ FOG

การนำทางเฉื่อยคืออะไร?

พื้นฐานของการเดินเรือเฉื่อย

                                               

หลักการพื้นฐานของการนำทางเฉื่อยนั้นคล้ายคลึงกับหลักการพื้นฐานของการนำทางแบบอื่น โดยอาศัยการได้รับข้อมูลสำคัญ รวมถึงตำแหน่งเริ่มต้น ทิศทางเริ่มต้น ทิศทางและทิศทางของการเคลื่อนที่ในแต่ละช่วงเวลา และค่อยๆ บูรณาการข้อมูลเหล่านี้ (คล้ายกับการดำเนินการบูรณาการทางคณิตศาสตร์) เพื่อกำหนดพารามิเตอร์การนำทางอย่างแม่นยำ เช่น การวางแนวและตำแหน่ง

 

บทบาทของเซ็นเซอร์ในการนำทางเฉื่อย

                                               

เพื่อให้ได้ข้อมูลทิศทางปัจจุบัน (ทัศนคติ) และตำแหน่งของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ ระบบนำทางเฉื่อยใช้ชุดเซ็นเซอร์ที่สำคัญ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยมาตรความเร่งและไจโรสโคป เซ็นเซอร์เหล่านี้จะวัดความเร็วเชิงมุมและความเร่งของพาหะในกรอบอ้างอิงเฉื่อย จากนั้นข้อมูลจะถูกรวมและประมวลผลเมื่อเวลาผ่านไปเพื่อให้ได้ข้อมูลความเร็วและตำแหน่งสัมพัทธ์ จากนั้นข้อมูลนี้จะถูกแปลงเป็นระบบพิกัดการนำทางร่วมกับข้อมูลตำแหน่งเริ่มต้น จนสิ้นสุดในการกำหนดตำแหน่งปัจจุบันของผู้ขนส่ง

 

หลักการทำงานของระบบนำทางเฉื่อย

                                               

ระบบนำทางเฉื่อยทำงานเหมือนกับระบบนำทางแบบวงปิดภายในที่มีในตัวเอง พวกเขาไม่พึ่งพาการอัปเดตข้อมูลภายนอกแบบเรียลไทม์เพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดระหว่างการเคลื่อนไหวของผู้ให้บริการ ด้วยเหตุนี้ ระบบนำทางเฉื่อยเดียวจึงเหมาะสำหรับงานการนำทางระยะสั้น สำหรับการดำเนินงานระยะยาวจะต้องใช้ร่วมกับวิธีการนำทางอื่นๆ เช่น ระบบนำทางด้วยดาวเทียม เพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดภายในที่สะสมเป็นระยะๆ

 

การปกปิดของการนำทางเฉื่อย

                                               

ในเทคโนโลยีการนำทางสมัยใหม่ รวมถึงการนำทางบนท้องฟ้า การนำทางด้วยดาวเทียม และระบบนำทางด้วยวิทยุ การนำทางเฉื่อยมีความโดดเด่นในฐานะระบบอัตโนมัติ ไม่ส่งสัญญาณไปยังสภาพแวดล้อมภายนอกและไม่ขึ้นอยู่กับวัตถุท้องฟ้าหรือสัญญาณภายนอก ด้วยเหตุนี้ ระบบนำทางเฉื่อยจึงมีระดับการปกปิดสูงสุด ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการรักษาความลับสูงสุด

 

คำจำกัดความอย่างเป็นทางการของการนำทางเฉื่อย

                                               

ระบบนำทางเฉื่อย (INS) เป็นระบบการประมาณค่าพารามิเตอร์การนำทางที่ใช้ไจโรสโคปและมาตรความเร่งเป็นเซ็นเซอร์ ระบบซึ่งใช้เอาท์พุตของไจโรสโคปจะสร้างระบบพิกัดการนำทางในขณะที่ใช้เอาท์พุตของมาตรความเร่งเพื่อคำนวณความเร็วและตำแหน่งของพาหะในระบบพิกัดการนำทาง

 

การประยุกต์การนำทางเฉื่อย

                                               

เทคโนโลยีเฉื่อยพบการใช้งานที่หลากหลายในขอบเขตที่หลากหลาย รวมถึงการบินและอวกาศ การบิน การเดินเรือ การสำรวจปิโตรเลียม ภูมิศาสตร์ การสำรวจทางทะเล การขุดเจาะทางธรณีวิทยา หุ่นยนต์ และระบบรถไฟ ด้วยการถือกำเนิดของเซ็นเซอร์เฉื่อยขั้นสูง เทคโนโลยีเฉื่อยได้ขยายประโยชน์ใช้สอยไปยังอุตสาหกรรมยานยนต์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ ท่ามกลางสาขาอื่นๆ ขอบเขตการใช้งานที่เพิ่มขึ้นนี้ตอกย้ำบทบาทสำคัญที่เพิ่มขึ้นของการนำทางเฉื่อยในการให้ความสามารถในการนำทางและการกำหนดตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูงสำหรับแอพพลิเคชั่นจำนวนมาก

องค์ประกอบหลักของการแนะนำเฉื่อย:ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติก

 

รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติก

ระบบนำทางเฉื่อยอาศัยความแม่นยำและความแม่นยำของส่วนประกอบหลักเป็นอย่างมาก องค์ประกอบหนึ่งที่ได้เพิ่มขีดความสามารถของระบบเหล่านี้อย่างมากคือไฟเบอร์ออปติกไจโรสโคป (FOG) FOG เป็นเซ็นเซอร์สำคัญที่มีบทบาทสำคัญในการวัดความเร็วเชิงมุมของพาหะด้วยความแม่นยำที่น่าทึ่ง

 

การทำงานของไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติก

FOG ทำงานบนหลักการของเอฟเฟกต์ Sagnac ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแยกลำแสงเลเซอร์ออกเป็นสองเส้นทางแยกกัน ทำให้สามารถเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามไปตามห่วงใยแก้วนำแสงที่ขด เมื่อพาหะซึ่งฝังอยู่กับ FOG หมุน ความแตกต่างของเวลาเดินทางระหว่างคานทั้งสองจะเป็นสัดส่วนกับความเร็วเชิงมุมของการหมุนของพาหะ การหน่วงเวลานี้เรียกว่าการเปลี่ยนเฟสของ Sagnac จะถูกวัดอย่างแม่นยำ ทำให้ FOG สามารถให้ข้อมูลที่แม่นยำเกี่ยวกับการหมุนของตัวพา

 

หลักการของไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติกเกี่ยวข้องกับการปล่อยลำแสงจากเครื่องตรวจจับแสง ลำแสงนี้ทะลุผ่านข้อต่อ เข้าจากปลายด้านหนึ่งและออกจากอีกปลายหนึ่ง จากนั้นมันจะเดินทางผ่านวงออปติคัล ลำแสงสองลำที่มาจากทิศทางที่แตกต่างกัน เข้ามาในวงและเติมเต็มตำแหน่งซ้อนทับที่ต่อเนื่องกันหลังจากวนเวียนไปรอบๆ แสงที่ย้อนกลับจะกลับเข้าสู่ไดโอดเปล่งแสง (LED) ซึ่งใช้ในการตรวจจับความเข้มของมัน แม้ว่าหลักการของไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติกอาจดูตรงไปตรงมา แต่ความท้าทายที่สำคัญที่สุดอยู่ที่การกำจัดปัจจัยที่ส่งผลต่อความยาวเส้นทางแสงของลำแสงทั้งสอง นี่เป็นหนึ่งในปัญหาที่สำคัญที่สุดที่ต้องเผชิญในการพัฒนาไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติก

 耦合器

1: ไดโอดเรืองแสงสุดยอด           2: ไดโอดตรวจจับแสง

3.ตัวเชื่อมต่อแหล่งกำเนิดแสง           4.ข้อต่อวงแหวนไฟเบอร์            5. วงแหวนใยแก้วนำแสง

ข้อดีของไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติก

FOG มีข้อดีหลายประการที่ทำให้เป็นสิ่งที่ประเมินค่ามิได้ในระบบนำทางเฉื่อย พวกเขามีชื่อเสียงในด้านความแม่นยำ ความน่าเชื่อถือ และความทนทานที่ยอดเยี่ยม FOG ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ซึ่งต่างจากไจโรเชิงกล ซึ่งลดความเสี่ยงต่อการสึกหรอ นอกจากนี้ ยังทนต่อแรงกระแทกและการสั่นสะเทือน ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง เช่น การใช้งานด้านการบินและอวกาศและการป้องกัน

 

บูรณาการไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกในการนำทางเฉื่อย

ระบบนำทางเฉื่อยมีการใช้ FOG มากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากมีความแม่นยำและความน่าเชื่อถือสูง ไจโรสโคปเหล่านี้ให้การวัดความเร็วเชิงมุมที่สำคัญซึ่งจำเป็นสำหรับการกำหนดทิศทางและตำแหน่งที่แม่นยำ ด้วยการรวม FOG เข้ากับระบบนำทางเฉื่อยที่มีอยู่ ผู้ควบคุมจะได้รับประโยชน์จากความแม่นยำในการนำทางที่ดีขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่จำเป็นต้องมีความแม่นยำสูง

 

การประยุกต์ใช้ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกในการนำทางเฉื่อย

การรวม FOG ได้ขยายการใช้งานระบบนำทางเฉื่อยในโดเมนต่างๆ ในการบินและอวกาศและการบิน ระบบที่ติดตั้ง FOG นำเสนอโซลูชันการนำทางที่แม่นยำสำหรับเครื่องบิน โดรน และยานอวกาศ นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการเดินเรือทางทะเล การสำรวจทางธรณีวิทยา และหุ่นยนต์ขั้นสูง ทำให้ระบบเหล่านี้สามารถทำงานได้ด้วยประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น

 

โครงสร้างที่แตกต่างกันของไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติก

ไจโรสโคปของไฟเบอร์ออปติกมีโครงสร้างหลายแบบ โดยรูปแบบที่โดดเด่นที่กำลังเข้าสู่ขอบเขตของวิศวกรรมคือไจโรสโคปใยแก้วนำแสงแบบโพลาไรเซชันแบบวงปิด- หัวใจสำคัญของไจโรสโคปนี้คือห่วงไฟเบอร์ที่รักษาโพลาไรเซชันประกอบด้วยเส้นใยที่รักษาโพลาไรเซชันและโครงสร้างที่ออกแบบอย่างแม่นยำ การสร้างลูปนี้เกี่ยวข้องกับวิธีการพันขดลวดแบบสมมาตรสี่เท่า เสริมด้วยเจลปิดผนึกที่เป็นเอกลักษณ์เพื่อสร้างขดลวดลูปไฟเบอร์โซลิดสเตต

 

คุณสมบัติที่สำคัญของโพลาไรเซชัน-การรักษาไฟเบอร์ออปติก Gโยคอยล์

Design การออกแบบกรอบงานที่ไม่ซ้ำใคร:วงแหวนไจโรสโคปมีการออกแบบโครงสร้างที่โดดเด่นซึ่งรองรับไฟเบอร์ที่รักษาโพลาไรเซชันประเภทต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย

▶เทคนิคการพันแบบสมมาตรสี่เท่า:เทคนิคการพันขดลวดแบบสมมาตรสี่เท่าช่วยลดผลกระทบของ Shupe ให้เหลือน้อยที่สุด ทำให้มั่นใจในการวัดที่แม่นยำและเชื่อถือได้

▶วัสดุเจลปิดผนึกขั้นสูง:การใช้วัสดุเจลปิดผนึกขั้นสูง รวมกับเทคนิคการบ่มที่เป็นเอกลักษณ์ ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการสั่นสะเทือน ทำให้ลูปไจโรสโคปเหล่านี้เหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง

▶เสถียรภาพในการเชื่อมโยงกันที่อุณหภูมิสูง:วงแหวนไจโรสโคปมีความเสถียรในการเชื่อมโยงกันที่อุณหภูมิสูง ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำแม้ในสภาวะความร้อนที่แตกต่างกัน

▶ กรอบน้ำหนักเบาแบบง่าย:วงแหวนไจโรสโคปได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมด้วยเฟรมเวิร์กที่ตรงไปตรงมาแต่มีน้ำหนักเบา รับประกันความแม่นยำในการประมวลผลสูง

▶ กระบวนการม้วนที่สม่ำเสมอ:กระบวนการม้วนยังคงมีเสถียรภาพ โดยปรับให้เข้ากับความต้องการของไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกที่มีความแม่นยำต่างๆ

อ้างอิง

โกรฟส์, พีดี (2008) รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการนำทางเฉื่อยวารสารการเดินเรือ, 61(1), 13-28.

El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019) เทคโนโลยีเซ็นเซอร์เฉื่อยสำหรับการใช้งานระบบนำทาง: ล้ำสมัยการนำทางด้วยดาวเทียม, 1(1), 1-15.

วูดแมน, โอเจ (2007) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการนำทางเฉื่อยมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ห้องปฏิบัติการคอมพิวเตอร์ UCAM-CL-TR-696.

Chatila, R. และ Laumond, JP (1985) การอ้างอิงตำแหน่งและการสร้างแบบจำลองโลกที่สอดคล้องกันสำหรับหุ่นยนต์เคลื่อนที่ในรายงานการประชุมนานาชาติ IEEE เรื่องวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติปี 1985(เล่มที่ 2 หน้า 138-145). อีอีอี

ต้องการการกงสุลฟรีใช่ไหม

โครงการบางส่วนของฉัน

ผลงานที่ยอดเยี่ยมที่ฉันมีส่วนร่วม ภูมิใจ!