SENSSET
  • Главная
  • Новости
  • Категории
    • Инерциальные датчики
      • Акселерометры
        • Кварцевые акселерометры
        • МЭМС акселерометры
        • Пьезоэлектрические акселерометры
      • Гироскопы
        • Волоконно-оптические гироскопы
        • МЭМС гироскопы
        • Лазерные гироскопы
      • БЧЭ
        • БЧЭ (мэмс)
        • БЧЭ (вог)
      • ИНС
        • ИНС (мэмс)
        • ИНС (вог)
        • ИНС (лазерные гироскопы)
      • Курсовертикаль
      • Инклинометры
      • Цифровые компасы
    • Промышленные датчики
      • Датчики положения
        • Ультразвуковые
        • Емкостные
        • Индуктивные
        • Щелевые
      • Датчики давления
        • Тензодатчики промышленного типа
        • Датчики поверхностного монтажа
      • Датчики газа
        • Каталитические
        • Электрохимические
        • Оптические
      • Датчики температуры
        • Аналоговые микросхемы
        • Цифровые микросхемы
        • PTC/NTC термисторы
        • RTD датчики
      • Датчики тока/напряжения
        • Датчики тока
        • Датчики напряжения
      • Датчики уровня
        • Емкостные
        • Магнитострикционные
      • Остальные датчики
        • ИС для датчиков положения
        • Фотодиоды
  • Справочные материалы
    • Материалы для скачивания
    • Технологии датчиков
    • FAQ – Часто Задаваемые Вопросы
  • SENSSET
    • О компании
    • Контакты
    • Напишите нам
  • Вход
  • Корзина 0
  • 0

Как работает волоконно-оптический гироскоп: взгляд изнутри

By Андрей Макаров on 25.07.2025


↑ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ГИРОСКОПЫ (ВОГ) ↑

Точная навигация — это основа безопасности и эффективности в системах, где промедление или сбой недопустим. Волоконно-оптический гироскоп (ВОГ) — ключевой компонент таких систем: от авионики и инерциальных систем БПЛА до высокоточного управления ракетами и навигации беспилотных платформ. ВОГ — это высокоточный датчик угловой скорости (ДУС), который измеряет вращение не за счёт механики, а с помощью света, проходящего по замкнутому кольцу из оптоволокна.

В отличие от GPS и внешних маяков, ВОГ работает автономно, не подвержен помехам и не зависит от радиосигналов. Именно поэтому его используют там, где критичны надежность, точность и устойчивость к внешним воздействиям: в авиации, оборонной технике, наземных и морских системах стабилизации.

Но как свет может «почувствовать» вращение? Почему оптоволокно, свернутое в кольцо, может служить основой одного из самых точных сенсоров движения в инженерии? Ответы — в этой статье. Без допущений, но понятно. Без излишней упрощённости — только физика, технологии и инженерная элегантность.

Что такое ВОГ и зачем он нужен?

Волоконно-оптический гироскоп (ВОГ) — это инерциальный датчик угловой скорости (ДУС), использующий интерференцию света для определения вращения вокруг одной или нескольких осей. В отличие от механических гироскопов, в ВОГ отсутствуют подвижные части, что делает его значительно более надёжным, долговечным и устойчивым к внешним воздействиям.

В основе ВОГ лежит принцип интерференции двух световых пучков, проходящих по оптоволоконному кольцу в противоположных направлениях. При вращении устройства возникает сдвиг фазы — эффект Саньяка — который и позволяет определить скорость и направление углового движения.

ВОГ- волоконно-оптический гироскоп

Где применяют волоконно-оптические гироскопы ?

ВОГ используются в системах, где необходимо обеспечить высокоточное определение ориентации без опоры на внешние источники (такие как GPS или магнитное поле Земли). Это критично в условиях, когда:

  • сигналы спутниковой навигации недоступны или заглушены;
  • устройство работает в динамично меняющейся среде (например, в полёте или под водой);
  • необходима высокая надёжность и отказоустойчивость, в том числе в боевых условиях.

Поэтому ВОГ широко применяются в:

  • авионике и инерциальной навигации самолётов и вертолётов;
  • БПЛА и автономных летательных аппаратах;
  • управлении ракетами и боеприпасами с высокой точностью;
  • наземных стабилизированных платформах (например, геодезическое оборудование);
  • морской навигации и подводной робототехнике.

Если требуется сочетание точности, надёжности и компактности, инженеры всё чаще выбирают именно волоконно-оптические гироскопы.

Для примера, модель SSG-DFM1000 — это гироскоп с высокой точностью (±0.01 °/ч), рассчитанный на интеграцию в полноценные инерциальные навигационные системы. Более компактный SSG-DFM85 ориентирован на БПЛА и мобильные платформы, где критичны габариты и энергопотребление.

Физика внутри: эффект Саньяка и оптоволоконное кольцо

В основе волоконно-оптического гироскопа лежит эффект Саньяка, открытый в начале XX века. Это квинтэссенция того, как свет можно использовать не только для передачи данных, но и для измерения вращения — с высокой точностью и без механики.

Что такое эффект Саньяка?

Если запустить два лазерных пучка по замкнутому пути — оптоволоконному кольцу — в противоположных направлениях, то при вращении устройства эти пучки пройдут разное расстояние за одно и то же время. Причина в том, что вращающееся кольцо «влияет» на фазу света, создавая между пучками разность фаз. Эта разность пропорциональна скорости вращения и может быть измерена через интерференционную картину на фотодетекторе.

Почему именно оптоволокно?

Чтобы усилить эффект и добиться высокой чувствительности, свет нужно провести по как можно более длинному пути. Оптоволокно, свернутое в компактное кольцо, позволяет уложить десятки или сотни метров светового пути в устройстве размером с ладонь. Кроме того, оптоволокно:

  • обеспечивает малые потери и высокую стабильность сигнала,
  • нечувствительно к электромагнитным помехам,
  • работает в широком диапазоне температур и механических нагрузок.

Интерференция — ключ к измерению

После прохождения по кольцу оба пучка света попадают на фотодетектор, где создают интерференционную картину. В зависимости от фазового сдвига, вызванного вращением, изменяется амплитуда сигнала на выходе. Специальный фазовый модулятор позволяет повысить чувствительность и устранить дрейф, делая измерения стабильными и точными.

В чём преимущество?

Такой принцип действия обеспечивает полное отсутствие подвижных частей, высокую стойкость к вибрациям, перегрузкам и температурным изменениям. Именно это делает волоконно-оптические гироскопы незаменимыми в системах, где точность измерения поворота критична: в авионике, ракетостроении, навигации БПЛА и морских платформах.

Устройство и архитектура волоконно-оптического гироскопа

За кажущейся простотой волоконно-оптического гироскопа стоит тщательно выверенная инженерная система. Каждый элемент внутри ВОГ работает на то, чтобы преобразовать тончайшие световые колебания в точные данные об угловом движении. Рассмотрим основные компоненты и архитектурные особенности.

1. Источник света

В большинстве ВОГ используется сверхлюминесцентный диод (SLD) или кольцевой лазер. Такой источник даёт стабильный, когерентный, но короткофазный свет, необходимый для качественной интерференции без паразитных эффектов (например, обратного отражения).

2. Оптический делитель и кольцо

Свет делится на два пучка, которые проходят по оптоволоконному кольцу в противоположных направлениях. Чем больше длина волокна (обычно десятки или сотни метров, свернутые в спираль), тем выше чувствительность гироскопа. Геометрия кольца оптимизируется для минимизации потерь и влияния внешних факторов.

Волоконно-оптическое кольцо

Рис. Волоконно-оптическое кольцо

3. Фазовый модулятор

Это электроптический компонент, который модулирует один из пучков, создавая искусственный фазовый сдвиг. Он используется для улучшения линейности выходного сигнала и компенсации нулевого смещения (bias drift). Его точная работа — основа стабильности высокоточных ВОГ.

4. Фотодетектор и схема обработки

Интерференционный сигнал с выхода кольца подаётся на фотодетектор. Он преобразует световой сигнал в электрический, который затем обрабатывается встроенным ЦАП/АЦП и DSP-блоком (сигнальным процессором). Современные ВОГ оснащаются высокоточным цифровым фильтром и системой автокалибровки.

5. Температурная компенсация и корпус

Чувствительность волокна к температуре требует термостабилизации или программной компенсации. Корпус обычно герметичен, изготавливается из алюминиевых или титановых сплавов, с антивибрационной развязкой.

Пример инженерного исполнения

Всё вышеперечисленное реализовано, например, в модели SSG-DFM1000, которая отличается не только высокой точностью (до ±0.01 °/ч), но и интеграцией в полноценный инерциальный блок. Более лёгкая и компактная версия — SSG-DFM85 — ориентирована на встраивание в БПЛА, робототехнику и стабилизированные платформы с ограничениями по весу и габаритам.

Почему волоконно-оптические гироскопы выбирают для сложных задач

Существует множество способов измерять вращение: от простых МЭМС-гироскопов до классических механических систем. Однако там, где важны высокая точность, надёжность и отказоустойчивость, выбор инженеров всё чаще падает на волоконно-оптические гироскопы. Почему?

1. Абсолютная точность без движущихся частей

ВОГ не содержит вращающихся масс, как классические гироскопы, и не подвержен износу. Измерения производятся за счёт фазового сдвига световых волн, проходящих по оптоволоконному кольцу. Это означает:

  • отсутствие трения, вибраций и деградации чувствительности со временем,
  • стабильную работу в широком диапазоне температур и при перегрузках,
  • высокую повторяемость результатов без калибровки в полевых условиях.

2. Устойчивость к агрессивной среде

ВОГ отлично работают там, где другие типы гироскопов выходят из строя:

  • при сильных вибрациях (ракеты, беспилотники),
  • в условиях высоких и низких температур (от -40 до +70 °C и выше),
  • при воздействии влажности, пыли и ЭМИ.

Например, гироскоп SSG-DFM85 специально разработан для использования в компактных БПЛА, где важно не только качество измерений, но и устойчивость к внешним факторам.

3. Независимость от внешних сигналов

ВОГ работают полностью автономно — им не нужен сигнал GPS, магнитные ориентиры или визуальные ориентиры. Это делает их идеальными для навигации:

  • в условиях радиозаглушения (ЭМИ, глушилки),
  • под водой или под землёй,
  • в ракетных системах и боеприпасах, где нет времени или возможности «схватить» спутники.

4. Прецизионная инерциальная навигация

Современные ВОГ, такие как SSG-DFM1000, входят в состав инерциальных навигационных систем (INS), которые обеспечивают непрерывное определение положения, скорости и ориентации объекта. Это особенно важно в:

  • авионике (самолёты, вертолёты, высокоманевренные аппараты),
  • ракетной технике и системах управления вооружением,
  • глубоководных роботизированных комплексах и автономных суднах.

Высокая точность (до ±0.01 °/ч) и долговременная стабильность ВОГ позволяют уменьшить накопление ошибки и обеспечивают непрерывную навигацию даже в сложных сценариях.

Таблица: Блок сравнения ВОГ vs МЭМС-гироскопы

Параметр Волоконно-оптический гироскоп (ВОГ) МЭМС-гироскоп
Принцип работы Интерференция света в оптоволоконном кольце Механические или пьезоэлектрические микромеханизмы
Точность Очень высокая (до ±0.01 °/ч) Средняя (обычно ±0.1…1 °/с)
Надёжность Высокая, без движущихся частей Ограничена ресурсом механики и вибрациями
Чувствительность к вибрациям Низкая Высокая
Размеры и масса Больше, но компактные решения существуют Очень компактные и лёгкие
Энергопотребление Выше (зависит от встроенной электроники) Низкое
Срок службы Десятки тысяч часов без обслуживания Менее долговечны
Применение Профессиональные навигационные системы, военная техника Мобильные устройства, потребительская электроника

ВОГ в деталях: обзор моделей SSG-DFM1000 и SSG-DFM85

Волоконно-оптический гироскоп SSG-DFM85
SSG-DFM1000
Волоконно-оптический гироскоп SSG-DFM1000

Чтобы понять, как принципы волоконно-оптической навигации воплощаются в реальных устройствах, рассмотрим две инженерно выверенные модели: SSG-DFM1000 и SSG-DFM85. Обе построены на основе замкнутого оптоволоконного кольца и реализуют точную интерференционную схему с цифровой обработкой сигнала.

SSG-DFM1000: для систем с повышенными требованиями

SSG-DFM1000 — это высокоточный ВОГ, разработанный для интеграции в профессиональные инерциальные навигационные системы. Он демонстрирует выдающиеся метрологические характеристики:

  • погрешность измерения угловой скорости — ±0.01 °/ч,
  • высокая долговременная стабильность и низкий шум,
  • интерфейс RS422, питание 5 В, компактный корпус.

Такой гироскоп применим в:

  • авионике летательных аппаратов 5-го поколения,
  • ракетоносителях и инерциальных навигационных системах военного назначения,
  • инерциальных системах стабилизации антенн и оптико-электронных модулей.

При этом он остаётся энергоэффективным и готовым к промышленной интеграции.

SSG-DFM85: компактный волоконно-оптический гироскоп для мобильных систем

SSG-DFM85 — это миниатюрный и энергоэффективный ВОГ, предназначенный для применения в условиях ограниченного пространства. Основные характеристики:

  • точность — ±0.05 °/ч,
  • масса менее 50 г, питание 5 В, интерфейс RS422,
  • устойчив к механическим перегрузкам и вибрациям.

Благодаря компактности и надёжности, он идеально подходит для:

  • БПЛА и лёгких беспилотных платформ,
  • робототехники и систем стабилизации,
  • портативных навигационных устройств, в том числе двойного назначения.

Обе модели построены по модульному принципу и легко интегрируются в существующие навигационные платформы.

Таблица преимуществ моделей SSG-DFM1000 и SSG-DFM85

Характеристика SSG-DFM1000 SSG-DFM85
Точность ±0.01 °/ч ±0.05 °/ч
Масса ~200 г < 50 г
Размеры Компактный корпус, промышленный стандарт Миниатюрный, для портативных и мобильных систем
Интерфейс RS422 RS422
Питание 5 В 5 В
Рабочий температурный диапазон -40…+70 °C -40…+70 °C
Области применения Авионика, ракеты, морские системы БПЛА, робототехника, стабилизация платформ
Устойчивость к вибрации Высокая Высокая
Особенности Высокая стабильность, прецизионная обработка Миниатюрность и энергоэффективность

Будущее за светом: тренды и перспективы

Развитие волоконно-оптических гироскопов не стоит на месте. Несмотря на уже достигнутую точность и надёжность, рынок и технологии продолжают двигаться вперёд. За этим движением — потребности в ещё более компактных, интеллектуальных и энергоэффективных инерциальных решениях.

1. Миниатюризация и интеграция

Современные ВОГ становятся всё меньше и легче, сохраняя при этом точностные характеристики. Это позволяет встраивать их в миниатюрные БПЛА, микророботов и носимую технику. Компактные модели, такие как SSG-DFM85, открывают возможности там, где ранее использовать ВОГ было невозможно из-за габаритов или энергопотребления.

2. Интеллектуальная обработка сигнала

Алгоритмы цифровой фильтрации, самокалибровки и компенсации дрейфа всё чаще реализуются непосредственно в гироскопах. Современные процессоры позволяют встроить в ВОГи элементы предобработки и диагностики. Это снижает требования к внешним вычислительным системам и ускоряет отклик.

3. Совмещение с другими сенсорами

Волоконно-оптический гироскоп всё чаще становится частью комплексных инерциальных систем, объединяющих акселерометры, магнитометры и GPS-приёмники. Такие решения обеспечивают повышенную точность в навигации и устойчивость к отказам. Например, SSG-DFM1000 уже используется в составе многокомпонентных INS для авиационной и морской техники.

4. Промышленная надёжность и экспортный потенциал

ВОГ становятся важной частью экспортных технологий двойного назначения. Их независимость от GPS, стойкость к помехам и возможность работы в полностью автономных системах делают их привлекательными для стран, развивающих собственную навигационную инфраструктуру.

5. Перспективы применения

Сфера применения волоконно-оптических гироскопов постоянно расширяется. Сегодня они используются не только в военной и авиационной промышленности, но и в:

  • строительстве и геодезии,
  • интеллектуальных транспортных системах,
  • глубоководных роботах и автономных морских платформах,
  • высокоточной стабилизации оптических  систем.

Заключение: за что ценят ВОГ

Волоконно-оптические гироскопы прочно заняли своё место в высокоточной технике — от авионики и ракетных комплексов до автономных платформ и БПЛА. Их принцип работы — это слияние строгой физики и инженерной изящности: свет проходит по оптоволоконному кольцу, и его фаза точно фиксирует любое вращение. Без механики. Без сбоев. Без зависимости от внешних сигналов.

Они ценятся за:

  • точность — от десятых до сотых долей градуса в час;
  • устойчивость к вибрациям и температурным перепадам;
  • долговечность — десятки тысяч часов работы без обслуживания;
  • компактность и интеграбельность в любые системы;
  • полную автономность — работа без GPS и внешней коррекции.

Если вы работаете с высокоточной навигацией, стабилизацией или автономными системами, волоконно-оптический гироскоп — это не просто выбор, а инженерная необходимость. Ознакомьтесь с промышленными моделями, которые сочетают высокую чувствительность и надёжность:

  • SSG-DFM1000 — для систем с прецизионными требованиями;
  • SSG-DFM85 — для компактных мобильных решений.

Будущее навигации — за светом. И это будущее уже работает в ваших системах.

Posted in Технологии. Волоконно-оптические гироскопы.
Share
ПредыдущаяПриглашаем посетить стенд нашей компании на выставке «Дрон Экспо 2025»
СледующаяВолоконно-оптические гироскопы Сенссет:
прорыв в точности и надёжности
  • Главная
  • Каталог продукции
  • О компании
  • Контакты
  • Напишите нам
  • Политика конфиденциальности
  • Главная
  • Новости
  • Категории
    • Инерциальные датчики
      • Акселерометры
        • Кварцевые акселерометры
        • МЭМС акселерометры
        • Пьезоэлектрические акселерометры
      • Гироскопы
        • Волоконно-оптические гироскопы
        • МЭМС гироскопы
        • Лазерные гироскопы
      • БЧЭ
        • БЧЭ (мэмс)
        • БЧЭ (вог)
      • ИНС
        • ИНС (мэмс)
        • ИНС (вог)
        • ИНС (лазерные гироскопы)
      • Курсовертикаль
      • Инклинометры
      • Цифровые компасы
    • Промышленные датчики
      • Датчики положения
        • Ультразвуковые
        • Емкостные
        • Индуктивные
        • Щелевые
      • Датчики давления
        • Тензодатчики промышленного типа
        • Датчики поверхностного монтажа
      • Датчики газа
        • Каталитические
        • Электрохимические
        • Оптические
      • Датчики температуры
        • Аналоговые микросхемы
        • Цифровые микросхемы
        • PTC/NTC термисторы
        • RTD датчики
      • Датчики тока/напряжения
        • Датчики тока
        • Датчики напряжения
      • Датчики уровня
        • Емкостные
        • Магнитострикционные
      • Остальные датчики
        • ИС для датчиков положения
        • Фотодиоды
  • Справочные материалы
    • Материалы для скачивания
    • Технологии датчиков
    • FAQ – Часто Задаваемые Вопросы
  • SENSSET
    • О компании
    • Контакты
    • Напишите нам
  • Корзина 0
  • Вход
Корзина Закрыть
  • Корзина пуста.

Продолжить покупки