Métodos de teste para diversos indicadores-chave de giroscópios de fibra óptica | Estabilidade de polarização zero, não linearidade do fator de escala e análise RWC
O giroscópio de fibra óptica baseia-se no efeito Sagna e é amplamente utilizado para medir a velocidade angular em sistemas de navegação e controle de atitude. Os principais indicadores incluem estabilidade de viés zero, fator de escala, caminhada aleatória, largura de banda, ruído, características de temperatura, entre outros. Ao medir esses indicadores, o desempenho dos giroscópios de fibra óptica pode ser avaliado de forma abrangente, e o projeto do sistema e os algoritmos de compensação podem ser otimizados com base nesses dados.
Definição: A velocidade angular equivalente média de saída de um giroscópio de fibra óptica quando não há entrada de velocidade angular.
Equipamento de teste: dispositivo de referência horizontal, dispositivo de registro de medição da saída do giroscópio de fibra óptica.
Método de teste: Fixe o giroscópio de fibra óptica em uma referência horizontal, com o eixo de entrada (IRA) apontando na direção leste-oeste. Registre os dados de saída por pelo menos 1 hora após a inicialização, com uma frequência de amostragem que atenda ao critério de Nyquist (≥ 2 vezes a frequência mais alta do sinal).
Fórmula de cálculo:
Onde K é o fator de escala, 
é o valor médio de saída.
Definição: O grau de dispersão da saída com viés zero em torno da média reflete a estabilidade a curto prazo.
Método de teste: O mesmo que o teste de viés, mas requer registro de dados a longo prazo (pelo menos 1 hora).
Fórmula de cálculo:
onde:
Estabilidade de polarização zero, medida em graus por hora (°/h)
Saída de amplitude unilateral do giroscópio de fibra óptica
naquele momento 
.
Definição: Realizar múltiplos testes de potência para garantir a consistência do viés zero.
Método de teste: Repita o teste de polarização zero mais de 6 vezes, desligando a alimentação e deixando o aparelho esfriar até a temperatura ambiente em intervalos entre cada teste.
Fórmula de cálculo:
Para cada dado de teste, processe-o de acordo com a fórmula (1), calcule o viés zero e, em seguida, calcule a repetibilidade do viés zero dos testes Q de acordo com a seguinte fórmula.
Onde,
: Viés zero do i-ésimo teste;
Viés zero
Definição: Desvio de polarização zero causado por mudanças de temperatura.
Método de teste: Defina diferentes pontos de temperatura (abrangendo a faixa de temperatura de trabalho) dentro da caixa de controle de temperatura e mantenha uma temperatura constante por 30 minutos em cada ponto. Meça o desvio de zero em cada ponto de temperatura e calcule o desvio em relação ao desvio de zero da temperatura ambiente.
Fórmula de cálculo:
Os dados de teste são processados de acordo com a fórmula (1), e o viés zero do giroscópio de fibra óptica à temperatura ambiente e em cada ponto de temperatura de teste é calculado separadamente. A sensibilidade à temperatura do viés zero do giroscópio de fibra óptica é calculada de acordo com a seguinte fórmula:
A i-ésima temperatura de teste.
temperatura ambiente
Definição: Relação linear proporcional entre o sinal de saída e a velocidade angular de entrada.
Equipamento de teste: plataforma giratória de alta precisão (erro)<1/3 do índice do giroscópio testado)
Método de teste: Selecione ≥ 11 pontos de velocidade angular (incluindo a velocidade angular máxima de entrada) uniformemente nas direções direta e inversa. Registre a média da velocidade de cada ponto e ajuste uma reta usando o método dos mínimos quadrados.
Fórmula de cálculo:
Deixar 
Seja a saída média do giroscópio de fibra óptica na j-ésima velocidade angular de entrada, e o método de cálculo do fator de escala é o seguinte:
O modelo linear para estabelecer a relação entrada-saída da fibra óptica
O giroscópio é o seguinte:
Utilizando o método dos mínimos quadrados para calcular K, 
Onde ∅ é a velocidade de rotação da plataforma giratória, medida em graus.
por segundo (°/s)
Definição: Apresentar o desvio máximo em relação à linha ajustada.
Fórmula de cálculo:
De acordo com o método acima, a relação entrada-saída da fibra óptica é dada por:
O giroscópio é representado ajustando-se uma linha reta da seguinte forma:
Calcule o desvio não linear ponto a ponto das características de saída de
o giroscópio de fibra óptica de acordo com a seguinte fórmula:
Calcule a linearidade do fator de escala de acordo com a seguinte fórmula, e
criar a curva de desvio não linear da saída do giroscópio de fibra óptica (o
O eixo horizontal representa a velocidade angular de entrada e o eixo vertical.
representa o desvio não linear)
Método de teste: Testar o fator de escala em diferentes pontos de temperatura e calcular o desvio causado pelas mudanças de temperatura.
Fórmula de cálculo:
Os dados de teste são processados de acordo com o método de cálculo do fator de escala, sendo o fator de escala do giroscópio de fibra óptica calculado separadamente para cada ponto de temperatura de teste e para a temperatura ambiente. A sensibilidade à temperatura do fator de escala é calculada de acordo com a seguinte fórmula:
Definição: Erro integral da velocidade angular causado pela saída de ruído branco.
Método de teste: Amostragem de alta frequência em curtos períodos de tempo (dezenas de segundos), análise da variância de Allan.
Fórmula para calcular a variância de Allan:
um)Existem n dados de amostra iniciais de valores de saída do giroscópio de fibra óptica obtidos no intervalo de amostragem inicial. 
De acordo com a fórmula de cálculo para o viés zero do giroscópio, a velocidade angular de saída de cada giroscópio de fibra óptica é calculada para obter os dados iniciais da amostra de velocidade angular de saída, conforme mostrado na fórmula a seguir:
b)Para dados contínuos de n amostras iniciais, k dados contínuos são agrupados e o comprimento temporal da matriz é definido como 
, onde τ é igual a 
, 2
Calcule o valor médio dos dados da matriz para cada intervalo de tempo.
c)Calcule a diferença média entre duas matrizes adjacentes:
d)Calcule a variância de um conjunto de variáveis aleatórias:
…… (17)
Repita o processo acima com diferentes valores de
e obter um 
curva no sistema de coordenadas logarítmicas duplas, denominada curva de variância de Allan. Utilizando o modelo de variância de Allan abaixo, os coeficientes são obtidos por meio de ajuste de mínimos quadrados e, em seguida, o coeficiente de caminhada aleatória (RWC) é calculado:
O teste de indicadores-chave do giroscópio de fibra óptica serve como ponte entre a pesquisa e o desenvolvimento e as aplicações práticas. Ao verificar quantitativamente o desempenho, garantir a confiabilidade e atender aos padrões de conformidade, assegura-se a "precisão, estabilidade e usabilidade" do equipamento em aplicações militares e civis de alta precisão, além de lançar as bases para a inovação tecnológica e a otimização de custos.
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