Design and construction of an improved closed-loop interferometric fiber optic gyroscope

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Dollevedo, Giácomo Antonio, 1997-
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/19195
Resumo: Orientadores: Rodrigo Moreira Bacurau, Alex Dante
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spelling Design and construction of an improved closed-loop interferometric fiber optic gyroscopeProjeto e construção de um giroscópio interferométrico de fibra óptica de malha-fechada melhoradoGiroscópiosEletrônicaRuídoGyroscopeElectronicsNoiseOrientadores: Rodrigo Moreira Bacurau, Alex DanteDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Giroscópios interferométricos a fibra óptica (IFOGs) são componentes fundamentais em sistemas de navegação inercial (INS) de alta performance, aplicados majoritariamente em setores militares e aeroespaciais. Em particular, a tecnologia dos IFOGs é reconhecida na literatura por ser a única que, na prática, ainda não é limitada por algum fenômeno físico, sendo assim a mais promissora dentre as disponíveis. A busca contínua por melhorias de desempenho deste tipo de sensor é imperativa e o domínio de sua fabricação é essencial, principalmente no caso do Brasil, para garantir independência em relação a tecnologia para acesso ao espaço. Dito isso, neste trabalho é apresentado um projeto para um novo sistema embarcado para IFOGs, o qual tem capacidade de permitir o monitoramento de múltiplos eixos, como requerido pelos INS, com flexibilidade para o uso de interferômetros menores e, consequentemente, com maiores banda e fundo de escala. Este novo projeto apresentou um ARW de 7,0x10^-4 °/sqrt(h). Também é discutido neste trabalho uma nova abordagem para minimizar os efeitos da \textit{modulação de intensidade} dos moduladores baseados em LiNbO3 (MIOC) em IFOGs de malha fechada. Um método de auto-calibração e compensação por software deste fenômeno através do próprio sistema embarcado é proposto e validado via simulação. Também é contribuição deste trabalho a melhoria de uma modelagem teórica de ruído, que permite a avaliação do ARW (\textit{angle random walk}) de IFOGs com modulação digital. Este modelo é validado experimentalmente em relação aos principais contribuintes de ruído eletrônico e óptico no sistema de aquisição, comparando seus valores de densidade espectral de ruído absoluto medidos com os calculados teoricamente. Também é apresentada uma investigação sobre a contribuição do ruído eletrônico do sistema de modulação. Este modelo de ruído é uma ferramenta necessária para a identificação de gargalos do sistema, servindo de base para futuras melhorias no projeto de IFOGsAbstract: Interferometric Fiber Optic Gyroscopes (IFOGs) are key components in high-performance inertial navigation systems (INS), mostly applied in military and aerospace sectors. In particular, the IFOG technology is recognized in the literature for being the only one that, in practice, is not yet limited by some physical phenomenon, thus being the most promising among the others available. The continuous pursuit for performance improvements of this type of sensor is imperative and mastery of its manufacture is essential, especially in the case of Brazil, to guarantee independence in relation to technology for access to space. In this context, this work presents a project for a new embedded system for IFOGs, which is capable of allowing multi-axis monitoring, as required by INS, with flexibility that allows for smaller interferometer assessment and, consequently, higher bandwidth and full-scale range. This new design achieved an ARW of 7.0x10^-4 °/sqrt(h). This work also discusses a new approach to minimize the \textit{intensity modulation} effects LiNbO3 based phase modulators (MIOC) over closed-loop IFOGs. A self-calibration and software compensation of this phenomenon through the available embedded system is proposed and validated via simulation. This work also contributes to the improvement of theoretical noise modeling, which allows the evaluation of the ARW (angle random walk) of IFOGs with digital modulation. This model is experimentally validated with respect to the major electronic and optical noise contributors in the acquisition system by comparing their measured absolute noise spectral density values with the theoretically computed ones. It also presents an investigation of the modulation system's electronic noise contribution. This noise model is a mandatory tool for a better understanding of system bottlenecks, supporting future IFOG design improvementsAbertoMestradoMecatrônicaMestre em Engenharia MecânicaCAPES001[s.n.]Bacurau, Rodrigo Moreira, 1988-Dante, Alex, 1979-Ferreira, Elnatan ChagasLira, Hugo Leonardo Rocha deUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASDollevedo, Giácomo Antonio, 1997-20232023-12-15T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (97 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/19195DOLLEVEDO, Giácomo Antonio. Design and construction of an improved closed-loop interferometric fiber optic gyroscope. 2023. 1 recurso online (97 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/19195. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1394045Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1394045Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2024-07-19T18:38:30Zoai::1394045Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2024-07-19T18:38:30Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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