Giroscopi laser ad anello e giroscopi a fibra ottica: principi, tipologie e confronto delle prestazioni

I moderni sistemi di navigazione inerziale si basano fortemente su sensori di rotazione ad alta precisione. Tra questi, il Giroscopio laser ad anello (RLG) e il giroscopio a fibra ottica (FOG) sono i più utilizzati grazie alla loro stabilità, accuratezza e affidabilità.

Questo articolo fornisce una chiara panoramica di come funzionano questi giroscopi, delle diverse classificazioni dei giroscopi a fibra ottica e di come le loro prestazioni si confrontano a livello internazionale.

1. Cos'è un giroscopio laser ad anello (RLG)?

Il nome accademico di un giroscopio laser è laser ad anello.
Il suo termine riconosciuto a livello internazionale è Giroscopio laser ad anello (RLG).

Un RLG è essenzialmente un laser He-Ne (Elio–Neon) con una cavità ad anello chiusa.
All'interno della cavità, due fasci laser si propagano in direzioni opposte. Quando il sistema ruota, le lunghezze dei percorsi ottici cambiano asimmetricamente, con conseguente differenza di frequenza misurabile.

Questo meccanismo fisico è noto come Effetto Sagnac — lo stesso principio utilizzato in tutti i giroscopi ottici.

Perché gli RLG sono importanti

Ampio intervallo dinamico

Altissima precisione

Eccezionale stabilità a lungo termine

Maturo e collaudato in applicazioni aerospaziali e di difesa

2. Giroscopi a fibra ottica (FOG): tipi e principi di misurazione

Anche i giroscopi a fibra ottica si basano sull'Effetto Sagnac, ma invece di una cavità laser, la luce viaggia attraverso una lunga bobina di fibra ottica.

I FOG possono essere suddivisi in tre tipi principali:

2.1 Giroscopio a fibra ottica risonante (RFOG)

Misura la differenza di frequenza tra i fasci controrotanti

Utilizza una cavità ottica risonante

Potenziale per un'accuratezza estremamente elevata

Favorito per i sistemi di navigazione di nuova generazione

2.2 Giroscopio a fibra ottica interferometrico (IFOG)

Misura la differenza di fase

Attualmente il tipo più maturo e ampiamente utilizzato

Elevata affidabilità e buon rapporto costo-prestazioni

2.3 Giroscopio a fibra ottica a scattering Brillouin (BFOG)

Misura la differenza di fase

Utilizza gli effetti di scattering Brillouin nella fibra ottica

Adatto per applicazioni di alta precisione

3. Architettura FOG ad anello aperto vs. ad anello chiuso

Giroscopio a fibra ottica ad anello aperto

Design relativamente semplice

Piccolo intervallo dinamico

Scarsa linearità del fattore di scala

Accuratezza inferiore

Ideale per applicazioni sensibili ai costi o con prestazioni medie.

Giroscopio a fibra ottica ad anello chiuso

Design più complesso

Ampio intervallo dinamico

Eccellente linearità del fattore di scala

Alta accuratezza

Ampiamente adottato in applicazioni aerospaziali, robotica, marine e sistemi senza equipaggio.

4. RLG vs. FOG: confronto delle prestazioni

5. Livelli di accuratezza: nazionale vs. internazionale

Cina (nazionale):

Accuratezza RLG: >5 ppm

Stabilità di polarizzazione: 0,01–0,001°/h

Internazionale (Top Tier):

Accuratezza RLG: <1 ppm

Stabilità di polarizzazione: 0,0001°/h

Queste specifiche collocano gli RLG stranieri di fascia alta tra i sensori inerziali più accurati disponibili al mondo.

6. Riepilogo

Sia i giroscopi laser ad anello che i giroscopi a fibra ottica sono componenti indispensabili della navigazione inerziale ad alte prestazioni. Le loro differenze possono essere riassunte come:

RLG offrono precisione superiore e stabilità a lungo termine, rendendoli ideali per applicazioni aerospaziali e sistemi strategici.

FOG offrono un approccio flessibile e scalabile con molteplici architetture (IFOG, RFOG, BFOG) adatte a vari livelli di prestazioni.

FOG ad anello chiuso colmano il divario tra costi e prestazioni, dominando le principali applicazioni industriali e UAV.

Con la continua innovazione nelle tecnologie FOG risonanti e Brillouin e il costante progresso dei processi di produzione RLG, i giroscopi ottici continueranno a stabilire nuovi standard in termini di accuratezza della navigazione inerziale.