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

Explore métodos de teste abrangentes para indicadores-chave de giroscópios de fibra óptica, incluindo estabilidade de polarização zero, não linearidade do fator de escala e coeficiente de caminhada aleatória (RWC). Aprenda procedimentos passo a passo, fórmulas e requisitos de equipamentos para aplicações de navegação de precisão e controle de atitude.

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.

1.Teste de série com viés zero

1.1Viés

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.

1.2Estabilidade do viés

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 .

1.3Repetibilidade do viés

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

1.4Sensibilidade à temperatura de polarização

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

2.Teste de séries de fatores de escala

2.1Fator de escala

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)

2.2não linearidade do fator de escala

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)

2.3Sensibilidade à temperatura do fator de escala

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:

3.Coeficiente de Caminhada Aleatória (RWC)

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 dee 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:

Conclusão:

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.