Giroscopios láser de anillo y giroscopios de fibra óptica: Principios, tipos y comparación de rendimiento

Los sistemas de navegación inercial modernos dependen en gran medida de sensores de rotación de alta precisión. Entre ellos, el Giroscopio Láser de Anillo (RLG) y el Giroscopio de Fibra Óptica (FOG) son los más utilizados debido a su estabilidad, precisión y fiabilidad.

Este artículo proporciona una clara visión general de cómo funcionan estos giroscopios, las diferentes clasificaciones de los giroscopios de fibra óptica y cómo se compara su rendimiento a nivel internacional.

1. ¿Qué es un Giroscopio Láser de Anillo (RLG)?

El nombre académico de un giroscopio láser es Láser de Anillo.
Su término reconocido internacionalmente es Giroscopio Láser de Anillo (RLG).

Un RLG es esencialmente un láser He-Ne (Helio–Neón) con una cavidad de anillo cerrada.
Dentro de la cavidad, dos haces láser se propagan en direcciones opuestas. Cuando el sistema rota, las longitudes de los caminos ópticos cambian asimétricamente, lo que resulta en una diferencia de frecuencia medible.

Este mecanismo físico se conoce como el Efecto Sagnac — el mismo principio utilizado en todos los giroscopios ópticos.

Por qué los RLG son importantes

Amplio rango dinámico

Muy alta precisión

Excepcional estabilidad a largo plazo

Maduro y probado en aplicaciones aeroespaciales y de defensa

2. Giroscopios de Fibra Óptica (FOG): Tipos y Principios de Medición

Los giroscopios de fibra óptica también se basan en el Efecto Sagnac, pero en lugar de una cavidad láser, la luz viaja a través de una larga bobina de fibra óptica.

Los FOG se pueden clasificar en tres tipos principales:

2.1 Giroscopio de Fibra Óptica Resonante (RFOG)

Mide la diferencia de frecuencia entre haces que se propagan en sentido contrario

Utiliza una cavidad óptica resonante

Potencial para una precisión extremadamente alta

Favorecido para sistemas de navegación de próxima generación

2.2 Giroscopio de Fibra Óptica Interferométrico (IFOG)

Mide la diferencia de fase

Actualmente el tipo más maduro y ampliamente utilizado

Alta fiabilidad y buena relación coste-rendimiento

2.3 Giroscopio de Fibra Óptica por Dispersión Brillouin (BFOG)

Mide la diferencia de fase

Utiliza los efectos de dispersión Brillouin en la fibra óptica

Adecuado para aplicaciones de alta precisión

3. Arquitectura FOG de bucle abierto frente a bucle cerrado

Giroscopio de Fibra Óptica de bucle abierto

Diseño relativamente simple

Pequeño rango dinámico

Pobre linealidad del factor de escala

Menor precisión

Lo mejor para aplicaciones sensibles al coste o de rendimiento medio.

Giroscopio de Fibra Óptica de bucle cerrado

Diseño más complejo

Amplio rango dinámico

Excelente linealidad del factor de escala

Alta precisión

Ampliamente adoptado en aplicaciones aeroespaciales, robóticas, marinas y de sistemas no tripulados.

4. RLG vs. FOG: Comparación de rendimiento

5. Niveles de precisión: Nacional vs. Internacional

China (Nacional):

Precisión RLG: >5 ppm

Estabilidad de polarización: 0.01–0.001°/h

Internacional (Primer Nivel):

Precisión RLG: <1 ppm

Estabilidad de polarización: 0.0001°/h

Estas especificaciones sitúan a los RLG extranjeros de alta gama entre los sensores inerciales más precisos disponibles en el mundo.

6. Resumen

Tanto los giroscopios láser de anillo como los giroscopios de fibra óptica son componentes indispensables de la navegación inercial de alto rendimiento. Sus diferencias se pueden resumir de la siguiente manera:

RLG proporcionan una precisión superior y estabilidad a largo plazo, lo que los hace ideales para sistemas aeroespaciales y estratégicos.

FOG ofrecen un enfoque flexible y escalable con múltiples arquitecturas (IFOG, RFOG, BFOG) adecuadas para varios niveles de rendimiento.

FOG de bucle cerrado salvan la brecha entre el coste y el rendimiento, dominando las aplicaciones industriales y de vehículos aéreos no tripulados (UAV) convencionales.

Con la innovación continua en las tecnologías FOG resonantes y Brillouin, y el avance constante de los procesos de fabricación de RLG, los giroscopios ópticos seguirán estableciendo nuevos estándares en la precisión de la navegación inercial.