Giroscópios Laser de Anel e Giroscópios de Fibra Óptica: Princípios, Tipos e Comparação de Desempenho

Os sistemas modernos de navegação inercial dependem fortemente de sensores de rotação de alta precisão. Dentre eles, o Giroscópio Laser de Anel (RLG) e o Giroscópio de Fibra Óptica (FOG) são os mais amplamente utilizados devido à sua estabilidade, precisão e confiabilidade.

Este artigo fornece uma visão geral clara de como esses giroscópios funcionam, as diferentes classificações dos giroscópios de fibra óptica e como seu desempenho se compara internacionalmente.

1. O que é um Giroscópio Laser de Anel (RLG)?

O nome acadêmico de um giroscópio a laser é Laser de Anel.
Seu termo reconhecido internacionalmente é Giroscópio Laser de Anel (RLG).

Um RLG é essencialmente um laser He-Ne (Hélio–Neon) com uma cavidade de anel fechada.
Dentro da cavidade, dois feixes de laser se propagam em direções opostas. Quando o sistema gira, os comprimentos dos caminhos ópticos mudam de forma assimétrica, resultando em uma diferença de frequência mensurável.

Este mecanismo físico é conhecido como Efeito Sagnac — o mesmo princípio usado em todos os giroscópios ópticos.

Por que os RLGs são importantes

Ampla faixa dinâmica

Precisão muito alta

Estabilidade excepcional a longo prazo

Maduro e comprovado em aplicações aeroespaciais e de defesa

2. Giroscópios de Fibra Óptica (FOG): Tipos e Princípios de Medição

Os giroscópios de fibra óptica também dependem do Efeito Sagnac, mas, em vez de uma cavidade a laser, a luz viaja por uma longa bobina de fibra óptica.

Os FOGs podem ser categorizados em três tipos principais:

2.1 Giroscópio de Fibra Óptica Ressonante (RFOG)

Mede a diferença de frequência entre feixes que se propagam em direções opostas

Utiliza uma cavidade óptica ressonante

Potencial para precisão extremamente alta

Favorecido para sistemas de navegação de próxima geração

2.2 Giroscópio de Fibra Óptica Interferométrico (IFOG)

Mede a diferença de fase

Atualmente o tipo mais maduro e amplamente utilizado

Alta confiabilidade e boa relação custo-benefício

2.3 Giroscópio de Fibra Óptica de Espalhamento Brillouin (BFOG)

Mede a diferença de fase

Utiliza efeitos de espalhamento Brillouin em fibra óptica

Adequado para aplicações de alta precisão

3. Arquitetura FOG de Malha Aberta vs. Malha Fechada

Giroscópio de Fibra Óptica de Malha Aberta

Design relativamente simples

Pequena faixa dinâmica

Linearidade do fator de escala ruim

Menor precisão

Melhor para aplicações sensíveis a custos ou de desempenho médio.

Giroscópio de Fibra Óptica de Malha Fechada

Design mais complexo

Ampla faixa dinâmica

Excelente linearidade do fator de escala

Alta precisão

Amplamente adotado em aplicações aeroespaciais, robóticas, marítimas e em sistemas não tripulados.

4. RLG vs. FOG: Comparação de Desempenho

5. Níveis de Precisão: Doméstico vs. Internacional

China (Doméstico):

Precisão RLG: >5 ppm

Estabilidade de polarização: 0,01–0,001°/h

Internacional (Nível Superior):

Precisão RLG: <1 ppm

Estabilidade de polarização: 0,0001°/h

Essas especificações colocam os RLGs estrangeiros de ponta entre os sensores inerciais mais precisos disponíveis no mundo.

6. Resumo

Tanto os Giroscópios Laser de Anel quanto os Giroscópios de Fibra Óptica são componentes indispensáveis da navegação inercial de alto desempenho. Suas diferenças podem ser resumidas da seguinte forma:

RLGs fornecem precisão superior e estabilidade a longo prazo, tornando-os ideais para sistemas aeroespaciais e estratégicos.

FOGs oferecem uma abordagem flexível e escalável com múltiplas arquiteturas (IFOG, RFOG, BFOG) adequadas para vários níveis de desempenho.

FOGs de malha fechada preenchem a lacuna entre custo e desempenho, dominando as aplicações industriais e UAVs convencionais.

Com a inovação contínua em tecnologias FOG ressonantes e Brillouin, e o avanço constante dos processos de fabricação de RLG, os giroscópios ópticos continuarão a estabelecer novos padrões em precisão de navegação inercial.