Técnica de condicionamento e processamento de sinais para girômetros a fibra óptica com malha fechada óptica

Abstract

Agradeço especialmente a todas as pessoas que foram essenciais para que conseguisse chegar a mais este ponto, e que certamente não será o fim e sim, um trecho de uma longa jornada.Aos meus pais, avós e tios que sempre me impulsionaram e auxiliaram desde o início da minha vida, ao apoio e compreensão da minha amada, em vista o tempo que necessitei para desenvolver este projeto.A companhia de meus colegas de departamento, Wellington, Felipe, Flávio, Pedro, Luís, Alcino, Hugo, Alex e Rodrigo, no desenvolvimento e a inestimável ajuda proporcionada.Ao meu orientador, Prof. Elnatan, e ao Prof. Siqueira pela oportunidade de desenvolver o projeto e pela agradável convivência neste período, à Ester pela ajuda sempre que necessária.A Optsensys que possibilitou a pesquisa com o empréstimo da parte óptica do girômetro, em especial ao Osni Lisboa pela ajuda durante o projeto.x xii xiii RESUMO São apresentadas neste trabalho novas técnicas de condicionamento e processamento de sinais para girômetros interferométricos a fibra óptica (IFOG) em malha fechada óptica para sistemas de navegação inercial. Uma nova técnica de condicionamento do sinal do girômetro foi desenvolvida com o objetivo de minimização do offset da medida. As técnicas de modulações mais usadas na configuração de malha fechada óptica foram comparadas através de simulações e implementações físicas indicando algumas contribuições para melhoria delas. Uma nova técnica de modulação foi desenvolvida, com quatro níveis e seis fases. Os detalhes da montagem final são mostrados, enfatizando os pontos críticos da implementação, como os filtros utilizados no condicionamento do sinal e os componentes eletrônicos utilizados na geração do sinal de realimentação. Um girômetro foi desenvolvido utilizando a eletrônica apresentada neste trabalho e a parte óptica feita pela Optsensys. Ele apresentou deriva de aproximadamente a 0,01°/h e estabilidade do fator de escala na ordem de 10 ppm, valores compatíveis com girômetros da classe inercial. O angle random walk deste girômetro foi 0,0022 √ ⁄ , superior ao indicado para a classe inercial.

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

“…Foram também concluídas as seguintes teses de doutorado: "Estudo e Projeto de um Sistema Eletrônico de Processamento de Sinais de Girômetros a Fibra Óptica com Modulação Dinâmica", em 2009 [12] e "Técnica de Condicionamento e Processamento de Sinais para Girômetros a Fibra Óptica com Malha Fechada Óptica", em 2014 [13]. O efeito de Sagnac em uma bobina de fibra óptica pode ser explicado através da observação da dinâmica dos feixes de luz no interior da fibra.…”

“…O projeto do novo sistema eletrônico para IFOGs proposto nesse trabalho iniciou-se com a seleção da topologia mais adequada para a implementação de um giroscópio de malha fechada de alto desempenho. Primeiramente, decidiu-se construir um giroscópio com o circuito de demodulação semelhante ao proposto em [13], no qual chaves analógicas foram utilizadas para implementar um circuito do tipo sample and hold, permitindo a amostragem do sinal de saída do giroscópio a uma frequência menor do que duas vezes a frequência própria (1/𝜏). Essa técnica foi proposta com o objetivo de permitir o uso de conversores AD do tipo Sigma/Delta em circuitos de demodulação de giroscópios [13].…”

“…Os conversores AD do tipo Sigma/Delta apresentam, em geral, desempenho (quantidade de bits efetivos, níveis de ruído e linearidade) superior aos similares de arquitetura aproximação sucessiva, porém, possuem limitações mais restritivas na taxa de amostragem [63]. A limitação da taxa de amostragem dos conversores Sigma/Delta, até poucos anos atrás, impossibilitava sua aplicação direta em circuitos de demodulação de giroscópios, que na sua topologia clássica, requerem o uso de conversores que operem na faixa de centenas de kHz ou até mesmo MHz [13].…”

“…O circuito de aquisição de sinais de giroscópio baseado na técnica proposta em [13], comparativamente à técnica clássica, requer componentes adicionais (o dobro de conversores AD, chaves analógicas e filtros ativos).…”

“…Na Figura 16 é apresentada uma foto do primeiro protótipo do sistema eletrônico do giroscópio construído. Esse sistema é uma evolução do circuito proposto em [13], em que alguns componentes eletrônicos, como microcontrolador, conversores DA e alguns Amp-Ops foram substituídos por dispositivos de melhor desempenho. máquina [65].…”