Оборудование и компоненты для производства волоконно-оптических гироскопов (ВОГ)

Компания «Специальные Системы. Фотоника» является специализированным поставщиком и интегратором компонентов волоконно-оптических гироскопов (ВОГ) и оборудования .

Мы всегда рады проконсультировать наших заказчиков и предоставить техническую поддержку. Обращаем Ваше внимание на то, что на базе нашей компании открыт сервисный центр по обслуживанию оборудования, проводятся тренинги и семинары.

Волоконно-оптический гироскоп. Эффект Саньяка

Волоконно-оптический гироскоп - оптико-электронный прибор, служащий для измерения абсолютной относительно инерциального пространства угловой скорости. Принцип действия основан на эффекта Саньяка.

Сущность эффекта: если в замкнутом оптическом контуре в противоположных направлениях распространяются два световых луча, то в неподвижном контуре, изменения фазы обоих лучей, прошедших весь контур, будут одинаковыми; при вращении этого контура вокруг оси, нормальной к его плоскости, изменения фазы отличаются. При этом разность фаз лучей пропорциональна угловой скорости вращения контура.

Следующие преимущества обусловливают популярность и разработку ВОГ:

• Высокая точность.
• Широкий динамический диапазон.
  
• Малые габариты и масса.
• Малое потребление энергии.
• Отсутствие подвижных механических элементов.
• Малое время перехода в рабочий режим.

Ниже приведена упрощённая оптическая схема волоконно-оптического гироскопа:

Оптическая часть схемы ВОГ.

Основными элементами ВОГ являются:

• Чувствительный элемент - контур.
• Источник излучения.
• Фотоприёмник.
• Блок обработки сигналов.

Оптические волокна. Катушки волоконно-оптических гироскопов

Существует большое количество различных конструкций ВОГ. В большинстве из них при производстве контура - катушки, используются двулучепреломляющие (PM) оптические волокна. Основные типы PM волокон приведены ниже:

Принципиальная схема ОВ с двулучепреломлением, вызванным наведёнными механическими напряжениями,
где а-ОВ типа PANDA; б-ОВ с эллиптичной оболочкой; в-ОВ с напрягающей эллиптичной оболочкой; г-ОВ «галстук-бабочка».

Выбор типа двулучепреломляющего волокна, его геометрических параметров, рабочей длины волны, типа защитного покрытия обусловлено рядом факторов, включающих условия эксплуатации, конструкции ВОГ. Например, стандартное акрилатное покрытие при низких температурах становится более жёстким, что приводит к появлению механических напряжений, ведущих к поляризационным преобразованиям в контуре по причине влияния эффекта фотоупругости. При эксплуатации космических навигационных систем на передний план выходит устойчивость ОВ к ионизирующему излучению.

Наша компания предлагает PM волокна от Fibercore- ведущего мирового производителя, зарекомендовавшего себя в исследованиях, оптимизации параметров и производстве широкой линейки оптических волокон для ВОГ. Минимальный диаметр кварцевой оболочки предлагаемых волокон составляет 40 мкм, а рабочие длины волн - от 488 нм. Доступные конструкции волокон: галстук бабочка, PANDA, эллиптическая напрягающая оболочка, эллиптическая сердцевина. Также в линейке представлены как PM волокна для космических применений, так и в специальных защитных покрытиях.

Катушка PM волокна от Fibercore.

Поляризующие оптические волокна

Многие производители предпочитают использовать поляризующее оптическое волокно при производстве волоконных гироскопов. Компания Fibercore является лидером на рынке волокон такого типа, позволяющие добиться линейной поляризованности излучения более 40 дБ.

Принцип "отсечения" одной моды в поляризующих волокнах.

Активные оптические волокна

При производстве ВОГ разработчики уделяют особое внимание широкополосным источникам излучения. Мы предлагаем широкую линейку стандартных и радстойких волокон с различной степенью легирования от Fibercore.

Схема тестирования устойчивости активного волокна  к ионизирующему излучению.

Намотка катушек волоконно-оптических гироскопов

Нежелательные эффекты, возникающие при температурном воздействии на катушку волоконно-оптического гироскопа частично нивелируются использованием одного из особых методов намотки, например, квадрупольной, октопольной. Правильно выполненная намотка обеспечивает более высокую чувствительность интерферометрической системы. Большое внимание также уделяется нанесению специального адгезива, в случае его использования.

По этой причине намотку катушек ВОГ осуществляют с помощью прецизионных систем, позволяющих с высокой точностью контролировать процесс производства: шаг, натяжение, покрытие затвердевающим составом.

Мы предлагаем популярные и зарекомендовавшие себя с положительной стороны как на отечественном, так и зарубежном рынках автоматические системы намотки. Также производителем оказываются услуги по конструированию и производству каркасов катушек.

Автоматизированная станция для намотки катушек ВОГ KRCAM(F)-230D.

Многофункциональные интегрально-оптические схемы (МИОС)

Многофункциональные интегрально-оптические схемы ВОГ выполняют следующие задачи: линейно поляризуют излучение, разветвляют излучение, направляя его во встречных направлениях волоконного контура, модулируют фазу сигнала с заданной частотой. По методу поляризации различают МИОС с поляризатором, сформированным на чипе (обычно в качестве основы используют кристалл ниобата лития), либо с волноводами, изготовленными по технологии протонного обмена.

Мы предлагаем оба варианта от ряда производителей. Обращаем Ваше внимание на то, что доступны как корпусированный, так и некорпусированный варианты исполнения.

Многофункциональная интегрально-оптическая схема.

Стыковка МИОС с волокном

Стыковка PM оптических волокон с МИОС, как и с волноводом другого чипа - технологический процесс, требующий точной юстировки положения ОВ, осей двулучепреломления с последующей фиксацией волоконных выводов адгезивом.

Мы также предлагаем системы автоматизированные станции монтажа волоконных выводов от компании OMTOOLS. Они разработаны для проведения автоматизированного позиционирования и монтажа волоконно-оптических выводов (включая массивы волокон - FAB). 

Автоматизированная станция стыковки волоконных выводов SSP-FA-300.

Тестирование компонентов волоконно-оптических гироскопов

В качестве измерительных приборов, использующихся для определения величины поляризационных преобразований, мы предлагаем оборудование компании OPEAK - измерители коэффициента поляризационной экстинкции и анализаторы поляризации. В случае их использования, сварка должна выполняться оператором в полуавтоматическом или автоматическом режимах.

Измеритель коэффициента поляризационной экстинкции серии PEM-100 и анализатор поляризации серии OPA100.

Для определения величины оптических потерь мы рекомендуем использовать рефлектометры высокого разрешения от компании TemSens. Разрешение этих систем достигает 10 мкм, что является лучшим показателем на мировом рынке. В случае сборки прецизионных систем его технические возможности незаменимы. Чувствительность рефлектометра составляет -130 дБ, динамический диапазон 80 дБ. Эти параметры обусловливают возможность проанализировать чипы МИОС и катушки ВОГ, даже при наличии сильного отражения Френеля на стыке чип-волокно.

Оптический OFDR рефлектометр серии CLM.

Сварка оптических волокон

При производстве ВОГ используется волокно с сохранением поляризации. Мы предлагаем аппараты для сварки специальных оптических волокон от компании OSCOM. Для выравнивания PM волокон используется система End-View и высокоточные позиционеры. Аппарат позволяет производить сварку как в ручном, так и в автоматическом режиме.

Подробно процесс сварки оптического волокна на примере специальных оптических волокон с сохранением поляризации приведён в описании решения на нашем сайте.

Сварочный аппарат серии XQ7260-C.

Фотоприёмные устройства волоконно-оптических гироскопов

Высокоскоростной фотодетектор.

Волоконно-оптические компоненты

Пассивные оптические компоненты являются неотъемлемой частью системы ВОГ. Превосходные характеристики и надежность здесь также стоят на первом месте при выборе компонент. Компания DK Photonics предлагает все пассивные компоненты для использования в области производства интерферометрических датчиков:

.

Оптический делитель/ объединитель от DK Photonics.

• Оптические делители/объединители поляризации – волоконно-оптический компонент, которая может объединять два поляризованных световых сигнала в одно выходное волокно или делить световой поток на два поляризованных потока, ортогональных друг другу.
• Оптические разветвители – волоконно-оптический компонент для разделения оптического сигнала на два с разным коэффициентом деления.