Projeto e implementação de um sistema eletrônico para giroscópios interferométricos a fibra óptica de malha fechada

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Bacurau, Rodrigo Moreira, 1988-
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634938
Resumo: Orientadores: Elnatan Chagas Ferreira, Anderson Wedderhoff Spengler
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spelling Projeto e implementação de um sistema eletrônico para giroscópios interferométricos a fibra óptica de malha fechadaDesign and implementation of an electronic system for closed-loop interferometric fiber optic gyroscopesGiroscópiosEletrônicaRuídoModulação digitalGyroscopesElectronicsNoiseDigital modulationOrientadores: Elnatan Chagas Ferreira, Anderson Wedderhoff SpenglerTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Os giroscópios interferométricos a fibra óptica (IFOGs) são partes fundamentais dos sistemas de navegação inercial, utilizados no controle de atitude de satélites e navegação de foguetes, submarinos, aviões e mísseis. Esses dispositivos estão sujeitos a embargos de comercialização internacional, sendo o domínio dessa tecnologia fundamental para garantia da soberania do Brasil. Nesta tese, é apresentado o desenvolvimento de um novo sistema eletrônico para IFOGs de malha fechada de classe inercial, que inclui o circuito de modulação, demodulação, controle e comunicação, bem como, novas técnicas de modulação, condicionamento e processamento de sinais. Foi realizada uma análise detalhada das não idealidades do sistema de modulação: não linearidade, modulação de intensidade do modulador opto-integrado (MIOC) e reflexões na interface MIOC/interferômetro de Sagnac. Objetivando minimizar os efeitos negativos destas não idealidades, foi proposta uma nova técnica de modulação baseada na modulação de dois níveis. Essa nova técnica preserva todas as vantagens da modulação de dois níveis clássica (não gera offsets significativos devido às reflexões ópticas e maximiza o fundo de escala do IFOG) e elimina sua limitação (controle do fator de escala deficiente em baixas velocidades angulares). Também é apresentado neste trabalho, um modelo teórico para o angle random walk (ARW) de IFOGs com modulação digital. Esse modelo permite: estimar o ARW de um giroscópio a partir de suas configurações ópticas e eletrônicas, identificar a profundidade de modulação que minimiza o ARW para uma determinada potência óptica e estimar a melhoria no ARW com o aumento da potência óptica. Além disso, o modelo proposto permite identificar quais componentes limitam o desempenho do sistema. Foi construído um circuito eletrônico completo para IFOGs, nos quais todas as técnicas propostas foram implementadas. O sistema eletrônico desenvolvido neste trabalho é consideravelmente mais simples do que os desenvolvidos anteriormente e apresenta desempenho excepcional, sendo capaz de amostrar o sinal de Sagnac com excelente resolução e baixo ruído. ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digitalAbstract: Interferometric fiber-optic gyroscopes (IFOGs) are a fundamental part of inertial navigation systems used in satellite attitude control and navigation of rockets, submarines, airplanes and missiles. These devices are subject to embargoes of international commercialization and, therefore, mastering this technology is fundamental to the sovereignty of Brazil. The development of a new electronic system for inertial class closed-loop IFOGs, including the modulation, demodulation, control and communication circuit, as well as new modulation, conditioning and signal processing techniques, is presented in this thesis. A detailed analysis of the non-idealities of the modulation system (non-linearity of the modulation circuit, intensity modulation of the multi-functional integrated optical chip (MIOC) and reflections at the interface MIOC/Sagnac interferometer) was performed. Aiming to minimize the negative effects of these non-idealities, a new modulation technique based on the two-level modulation is proposed. This new technique preserves all the advantages of classical two-level modulation (it does not generate significant offsets due to optical reflections and extends IFOG's full scale) and eliminates its limitation (poor scale factor control at low angular velocity). We also present in this thesis a theoretical model for the angle random walk (ARW) of IFOGs with digital modulation. This model allows for the estimation of the ARW of a gyroscope from its optical and electronic configurations, to identify the depth of modulation that minimizes the ARW for a given optical power, and to estimate the gain in the ARW with the increase of optical power. In addition, the proposed model allows identifying which components generate performance bottleneck in the system. A complete electronic circuit for IFOGs was built in which all proposed techniques were implemented. The electronic system developed in this work is considerably simpler than others previously developed and presents exceptional performance, being able to sample the Sagnac signal with excellent resolution and low noise. ...Note: The complete abstract is available with the full electronic documentDoutoradoEletrônica, Microeletrônica e OptoeletrônicaDoutor em Engenharia ElétricaCAPES1365730CNPQ141822/2014-7[s.n.]Ferreira, Elnatan Chagas, 1955-Spengler, Anderson Wedderhoff, 1986-Lisboa, OsniArruda, Josiel Urbaninho deManêra, Leandro TiagoDias, Jose Antonio SiqueiraUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASBacurau, Rodrigo Moreira, 1988-20172017-11-22T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (179 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634938BACURAU, Rodrigo Moreira. Projeto e implementação de um sistema eletrônico para giroscópios interferométricos a fibra óptica de malha fechada. 2017. 1 recurso online (179 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634938. 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