مستشعر دقيق للدوران بالألياف الضوئية
العنوان الرسمي للبراءة
جيروسكوب مدمج من الألياف الضوئية بقياس تداخلي للتردد معزز بالتغذية الراجعة للقياس الدقيق
العنوان الإنجليزي: Compact fiber optic gyroscope with feedback-enhanced frequency interferometry for precision measurement
الاختراع
الاختراع
المشكلة
قد تواجه الجيروسكوبات الليفية البصرية التقليدية صعوبة في تمييز الحركة الزاوية البطيئة جدًا لأن إزاحة طور ساغناك تكون صغيرة للغاية. كما قد تضيف البنى كثيفة التضمين أو المعقدة ذات الحلقة المغلقة أخطاء معالجة وتكلفة وتحديات موثوقية.
أهميتها
يمكن لتحسين استشعار الدوران منخفض السرعة أن يدعم الملاحة الدقيقة وتثبيت المنصات والروبوتات والأنظمة الذاتية وأجهزة الطيران وغيرها من التطبيقات التي تهم فيها الانحرافات والتغيرات الزاوية الصغيرة.
النهج
تكتسب الأشعة المتعاكسة في ملف ليفي إزاحة طور تعتمد على الدوران، وتعيد حلقة تغذية راجعة قائمة على مدور ليفي تدوير الإشارة المعاد جمعها وتضخيمها اختياريًا لتراكم الإزاحة. ويحول القياس التداخلي في المجال الترددي ومعالجة FFT تباعد الأنماط الطيفية المتكررة إلى سرعة زاوية.
الجهات المستفيدة
تشمل الجهات المستفيدة المحتملة مصنعي الملاحة بالقصور الذاتي وموردي الطيران والدفاع ومطوري المركبات الذاتية والروبوتات وشركات المساحة والتثبيت ومختبرات الأجهزة الفوتونية.
القيمة المحتملة
تعزز البنية فروق الطور الصغيرة الناتجة عن الدوران عبر التغذية الراجعة البصرية وتقرأها في المجال الترددي، مع دقة مطالب بها للسرعة الزاوية تبلغ نحو 0.1 درجة/ثانية ومقياس تداخل اختياري لتحديد اتجاه الدوران.
الخلفية
الخلفية
تقسم الجيروسكوبات الليفية البصرية الضوء إلى مسارين مع عقارب الساعة وعكسها حول ملف. ويولد الدوران فرق طور ساغناك يرتبط بالسرعة الزاوية، مما يتيح استشعارًا صلب الحالة دون أجزاء متحركة. لكن عند السرعات المنخفضة جدًا تقترب إزاحة الطور من حدود الضجيج والدقة. وتستخدم الأنظمة السابقة تضمينًا أو مصادر نبضية أو ملفات متعددة أو إلكترونيات معقدة ذات حلقات مغلقة، مما قد يزيد الخطأ وتعقيد التنفيذ. ويعيد التصميم الموصوف تدوير الإشارة البصرية مرارًا حتى تتراكم فروق الطور الصغيرة قبل تحليلها تردديًا.
نظرة تقنية
نظرة تقنية
يغذي مصدر SLED عريض النطاق قرب 1550 نانومتر قاسمًا 50/50 ومدورًا ليفيًا ثلاثي المنافذ وقاسمًا ثانيًا وملف ليف بصري طوله نحو كيلومترين. تعاد موجتا الاتجاهين إلى الاتحاد بعد اكتساب إزاحة ساغناك. ويعيد مسار التغذية الراجعة، الذي قد يحوي مضخمًا بصريًا بكسب أربعة، الإشارة عبر الملف. ويكوّن محلل طيف بصري مخطط تداخل، ويطبق معالج FFT ويقيس تباعد المكونات المتكررة لحساب السرعة الزاوية. ويمكن لمقياس تداخل ماخ–زندر إضافة طور مرجعي لاستشعار الاتجاه.
التطبيقات المحتملة
التطبيقات المحتملة
- الملاحة الدقيقة بالقصور الذاتي لأنظمة الطيران والدفاع.
- استشعار الاتجاه منخفض السرعة للمركبات الذاتية والروبوتات.
- تثبيت المنصات والهوائيات والأجهزة البصرية.
- أبحاث المساحة وقياس الدوران الجيوفيزيائي.
- أنظمة توجيه LiDAR والحساسات المتحركة.
المزايا المدعومة بالمعلومات
المزايا المدعومة بالمعلومات
- يراكم إزاحات طور ساغناك الصغيرة عبر تغذية راجعة بصرية.
- يستخدم القياس التداخلي الترددي والقراءة المعتمدة على FFT.
- يوفر مضخمًا بصريًا اختياريًا داخل مسار التغذية الراجعة.
- يمكنه تحديد اتجاه الدوران باستخدام طور مرجعي مضاف.
- يطالب بدقة سرعة زاوية تبلغ نحو 0.1 درجة/ثانية.
مرحلة التطوير
مرحلة التطوير
وُصفت بنية بصرية وأشكال موجية للتغذية الراجعة ومخططات تداخل وطريقة معالجة الإشارة؛ ولم يثبت الأداء البيئي المعاير أو موثوقية العتاد المغلف أو التحقق في الملاحة الميدانية. ولم تُتحقق مرحلة التطوير بصورة مستقلة.
الفرصة التجارية
الفرصة التجارية
قد يدعم التصميم الترخيص أو التطوير المشترك للأجهزة مع شركات حساسات القصور الذاتي والفوتونيات. ويتطلب تحويله إلى منتج بيانات معايرة للانحياز والضجيج والانجراف والمدى الديناميكي والحرارة، وتصغير التغليف، واختبارات الاهتزاز والصدمات، وموثوقية المكونات البصرية، وسماحيات التصنيع، والمقارنة بالجيروسكوبات التجارية، وتجارب ملاحة ميدانية.
تصنيفات البراءة
تصنيفات البراءة
التصنيف الدولي للبراءات WIPO IPC
- G01C19/72قياس المسافات أو المناسيب أو الاتجاهات؛ المسح؛ الملاحة؛ الأجهزة الجيروسكوبية؛ القياس التصويري أو القياس بالفيديو
- G01C19/66قياس المسافات أو المناسيب أو الاتجاهات؛ المسح؛ الملاحة؛ الأجهزة الجيروسكوبية؛ القياس التصويري أو القياس بالفيديو
التصنيف التعاوني للبراءات CPC
- G01C19/72قياس المسافات أو المناسيب أو الاتجاهات؛ المسح؛ الملاحة؛ الأجهزة الجيروسكوبية؛ القياس التصويري أو القياس بالفيديو
- G01C19/721قياس المسافات أو المناسيب أو الاتجاهات؛ المسح؛ الملاحة؛ الأجهزة الجيروسكوبية؛ القياس التصويري أو القياس بالفيديو
- G01C19/668قياس المسافات أو المناسيب أو الاتجاهات؛ المسح؛ الملاحة؛ الأجهزة الجيروسكوبية؛ القياس التصويري أو القياس بالفيديو
- G01C19/722قياس المسافات أو المناسيب أو الاتجاهات؛ المسح؛ الملاحة؛ الأجهزة الجيروسكوبية؛ القياس التصويري أو القياس بالفيديو
- G01C19/64قياس المسافات أو المناسيب أو الاتجاهات؛ المسح؛ الملاحة؛ الأجهزة الجيروسكوبية؛ القياس التصويري أو القياس بالفيديو
المخترعون
المخترعون
- المخترع الأولمحمد يحيى محمد شلبي
الكلمات المفتاحية
الكلمات المفتاحية
- جيروسكوب ليف بصري
- تأثير ساغناك
- قياس تداخلي ترددي
- تغذية راجعة بصرية
- مدور ليفي
- FFT
- سرعة زاوية
- ملاحة بالقصور الذاتي
وثيقة البراءة والرسومات
وثيقة البراءة والرسومات
رُبط منشور البراءة بهذا السجل. وتبقى الرسومات داخل الوثيقة، ولم تُزوّد حزمة وسائط عامة منفصلة ومعتمدة للنشر.