التطبيقات

يُقدّم هذا البحث تحليلاً معمقاً لأساليب اختبار الانحياز (انحياز الصفر) ومعامل المقياس لمقاييس التسارع المرنة المصنوعة من الكوارتز، بما في ذلك تقنيات متخصصة مثل اختبار الدوران بأربع نقاط واختبار النقطتين، بالإضافة إلى صيغة حساب حساسية درجة الحرارة. وهذا ينطبق على التطبيقات عالية الدقة مثل الملاحة بالقصور الذاتي والمركبات الفضائية.يُحدد الانحياز (انحياز الصفر) ومعامل المقياس في مقاييس التسارع المرنة المصنوعة من الكوارتز دقة القياس واستقرارها على المدى الطويل بشكل مباشر، لا سيما في تطبيقات تتطلب دقة عالية مثل الملاحة بالقصور الذاتي والتحكم في الوضع. ولذلك، فهما مؤشران رئيسيان لتقييم أداء مقاييس التسارع المصنوعة من الكوارتز. تكمن الأهمية الأساسية للانحياز (انحياز الصفر) في خطأ النظام المتأصل في مقياس التسارع، والذي يؤدي مباشرةً إلى الانحراف الأساسي لجميع نتائج القياس. على سبيل المثال، إذا كان انحياز الصفر 1 ملليغرام، فإن القيمة المقاسة ستضيف هذا الخطأ بغض النظر عن التسارع الفعلي. كما ينحرف انحياز الصفر مع عوامل مثل الوقت ودرجة الحرارة والاهتزاز (استقرار انحياز الصفر). في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي، يتضخم انحراف الصفر باستمرار من خلال عمليات التكامل، مما يؤدي إلى أخطاء تراكمية في الموضع والسرعة. يمكن أن تتسبب خصائص درجة حرارة مواد الكوارتز أيضًا في تغير انحياز الصفر مع درجة الحرارة (معامل درجة حرارة انحياز الصفر)، لذلك هناك حاجة إلى خوارزميات تعويض درجة الحرارة لكبح هذا التأثير في التطبيقات عالية الدقة. يشير عامل المقياس إلى العلاقة التناسبية بين إشارة خرج مقياس التسارع والتسارع المدخل الفعلي. يمكن أن يؤدي الخطأ في عامل المقياس مباشرةً إلى تشويه تناسبي لنتائج القياس. يؤثر استقرار عامل المقياس بشكل مباشر على أداء النظام في بيئات ذات نطاق ديناميكي عالٍ أو درجات حرارة متغيرة. في عملية تكامل التسارع للملاحة بالقصور الذاتي، سيتم تكامل خطأ عامل المقياس مرتين، مما يزيد من تضخيم خطأ الموضع. لذا، يُعدّ كلٌّ من الانحياز ومعامل المقياس مؤشرين رئيسيين لأداء مقاييس التسارع المرنة المصنوعة من الكوارتز، وذلك لكونهما مصدرين أساسيين للخطأ وقيودًا رئيسية على الاستقرار طويل الأمد. في تطبيقات الأنظمة، يُحدد أداء هذين العاملين بشكل مباشر قدرة مقياس التسارع على تلبية متطلبات الدقة العالية والموثوقية العالية، لا سيما في تطبيقات مثل القيادة بدون طيار، والمركبات الفضائية، والملاحة البحرية، وغيرها، حيث لا مجال للخطأ. الاختبار التحيزيمكن إجراء الاختبار بطريقتين: اختبار الدوران بأربع نقاط (عند الزوايا 0°، 90°، 180°، 270°) أو اختبار النقطتين (عند الزوايا 90°، 270°). أما اختبار عامل المقياس فيمكن إجراؤه بثلاث طرق: اختبار التدحرج بأربع نقاط (مواضع 0°، 90°، 180°، 270°)، واختبار النقطتين (مواضع 90°، 270°)، واختبار الاهتزاز. وباستخدام طريقة اختبار التدحرج بأربع نقاط كمثال، تشرح هذه المقالة كيفية الحصول على الانحياز ومعامل المقياس لمستشعر التسارع.  1.طرق اختبار عوامل التحيز والقياس: أ)قم بتثبيت مقياس التسارع على منصة اختبار محددة (رأس فهرسة متعدد الأسنان).ب)ابدأ تشغيل منصة الاختبارج)قم بتدوير منصة الاختبار في اتجاه عقارب الساعة إلى وضع 0 درجة، ثم قم بتثبيتها، وسجل مخرجات مجموعات متعددة من المنتجات المختبرة وفقًا لتردد أخذ العينات المحدد. خذ المتوسط ​​الحسابي كنتيجة للقياس؛د)قم بتدوير منصة الاختبار في اتجاه عقارب الساعة إلى وضع 90 درجة، ثم قم بتثبيتها، وسجل مخرجات مجموعات متعددة من المنتجات المختبرة وفقًا لتردد أخذ العينات المحدد. خذ المتوسط ​​الحسابي كنتيجة للقياس؛هـ)قم بتدوير منصة الاختبار في اتجاه عقارب الساعة إلى وضع 180 درجة، وثبّتها، وسجل مخرجات مجموعات متعددة من المنتجات المختبرة وفقًا لتردد أخذ العينات المحدد. خذ المتوسط ​​الحسابي كنتيجة للقياس؛و)قم بتدوير منصة الاختبار في اتجاه عقارب الساعة إلى وضع 270 درجة، وثبّتها، وسجل مخرجات مجموعات متعددة من المنتجات المختبرة وفقًا لتردد أخذ العينات المحدد. خذ المتوسط ​​الحسابي كنتيجة للقياس؛ز)أدر منصة الاختبار باتجاه عقارب الساعة حتى تصل إلى وضعية 360 درجة، ثم عكس اتجاه عقارب الساعة لضبط زوايا الدوران عند 270 درجة، و180 درجة، و90 درجة، و0 درجة. بعد استقرار الوضع، سجّل مخرجات عدة مجموعات من المنتجات المختبرة وفقًا لتردد أخذ العينات المحدد، واحسب المتوسط ​​الحسابي كنتيجة للقياس.ح)احسب الانحياز ومعامل القياسمن المنتج المختبر باستخدام الصيغة التالية (1) و (2).K0 = -------------------------------------- (1) K1 =-------------------------------------- (2) أين:K0 -------التحيزK1 -------عامل المقياس        -------المتوسط ​​الكلي للقراءات الأمامية والخلفية عند الوضع 0°        -----متوسط ​​القراءة الكلي للدوران الأمامي والخلفي عند وضع 90 درجة        --- متوسط ​​القراءة الإجمالية للدوران الأمامي والخلفي عند وضع 180 درجة        --- المتوسط ​​الإجمالي للقراءات للدوران الأمامي والخلفي عند وضع 270 درجة 2.طريقة اختبار حساسية درجة حرارة الانحياز وحساسية درجة حرارة عامل المقياسأ)ابدأ تشغيل منصة الاختبارب)احسب عوامل الانحياز والقياس عند كل نقطة درجة حرارة باستخدام الصيغتين (1) والصيغتين (2) عند درجة حرارة الغرفة، ودرجة حرارة التشغيل العليا المحددة بواسطة مقياس التسارع، ودرجة الحرارة الدنيا المحددة بواسطة مقياس التسارع.ج)احسبحساسية درجة الحرارةباستخدام الصيغة التالية (3) و (4) لمقياس التسارع:  ---------------------(3)أين:---- حساسية درجة حرارة الانحيازانحياز درجة الحرارة العليا للمستشعرانحياز مستشعر درجة حرارة الغرفة-----انحياز الحد الأدنى لدرجة حرارة المستشعر------ درجة الحرارة القصوىدرجة حرارة الغرفة------- درجة الحرارة الدنيا   ---------------------(4)أين:حساسية عامل المقياس لدرجة الحرارة------عامل المقياس----عامل قياس درجة الحرارة القصوى للمستشعرمعامل قياس درجة حرارة الغرفة للمستشعر-----عامل قياس الحد الأدنى لدرجة حرارة المستشعر------ درجة الحرارة القصوىدرجة حرارة الغرفة------- درجة الحرارة الدنياAC-1مقياس تسارع مرن من الكوارتز AC-4مقياس تسارع مرن من الكوارتز 

يعتمد الجيروسكوب الليفي البصري على تأثير ساغنا، ويُستخدم على نطاق واسع لقياس السرعة الزاوية في الملاحة والتحكم في الوضع. تشمل المؤشرات الرئيسية عادةً استقرار الانحياز الصفري، ومعامل القياس، والمشي العشوائي، وعرض النطاق الترددي، والضوضاء، وخصائص درجة الحرارة، وما إلى ذلك. من خلال قياس هذه المؤشرات، يمكن تقييم أداء الجيروسكوبات الليفية البصرية بشكل شامل، ويمكن تحسين تصميم النظام وخوارزميات التعويض بناءً على هذه البيانات. 1.اختبار السلسلة بدون تحيز1.1تحيزالتعريف: متوسط ​​سرعة الدوران المكافئة الناتجة عن جيروسكوب الألياف البصرية عندما لا يكون هناك مدخل سرعة دوران.معدات الاختبار: جهاز مرجعي أفقي، جهاز تسجيل قياسات خرج الجيروسكوب الليفي البصري.طريقة الاختبار: ثبّت الجيروسكوب الليفي البصري على مرجع أفقي، مع توجيه محور الإدخال (IRA) في اتجاه الشرق والغرب. سجّل بيانات الإخراج لمدة ساعة واحدة على الأقل بعد التشغيل، بتردد أخذ عينات يفي بمعيار نايكويست (≥ ضعف أعلى تردد للإشارة).صيغة الحساب:              حيث K هو عامل القياس، هي متوسط ​​قيمة الناتج. 1.2استقرار الانحيازالتعريف: درجة تشتت مخرجات الانحياز الصفري حول المتوسط ​​تعكس الاستقرار على المدى القصير.طريقة الاختبار: نفس طريقة اختبار التحيز، ولكنها تتطلب تسجيل البيانات على المدى الطويل (ساعة واحدة على الأقل).صيغة الحساب:         أين:استقرار الانحياز الصفري، مقاسًا بالدرجات في الساعة (° ⁄ h): خرج السعة أحادي الجانب لجيروسكوب الألياف البصريةفي ذلك الوقت . 1.3قابلية تكرار الانحيازالتعريف: إجراء اختبارات طاقة متعددة لضمان اتساق الانحياز الصفري.طريقة الاختبار: كرر اختبار الانحياز الصفري لأكثر من 6 مرات، مع إيقاف تشغيل الطاقة والتبريد إلى درجة حرارة الغرفة على فترات بين كل اختبار.صيغة الحساب:لكل بيانات اختبار، قم بمعالجتها وفقًا للصيغة (1)، واحسب الانحياز الصفري، ثم احسب قابلية تكرار الانحياز الصفري لاختبارات Q وفقًا للصيغة التالية.          أين،: انحياز صفري للاختبار رقم i؛ : تحيز صفري 1.4حساسية درجة الحرارة للتحيزالتعريف: انحراف الانحياز الصفري الناتج عن تغيرات درجة الحرارة.طريقة الاختبار: اضبط نقاط حرارة مختلفة (تغطي نطاق درجة حرارة التشغيل) داخل صندوق التحكم في درجة الحرارة، وحافظ على درجة حرارة ثابتة لمدة 30 دقيقة عند كل نقطة. قِس انحراف الصفر عند كل نقطة حرارة، واحسب الانحراف عن انحراف الصفر عند درجة حرارة الغرفة.صيغة الحساب:تُعالج بيانات الاختبار وفقًا للمعادلة (1)، ويُحسب انحياز الصفر لجيروسكوب الألياف الضوئية عند درجة حرارة الغرفة وعند كل نقطة درجة حرارة اختبار على حدة. تُحسب حساسية درجة حرارة انحياز الصفر لجيروسكوب الألياف الضوئية وفقًا للمعادلة التالية:                            درجة حرارة الاختبار رقم i.درجة حرارة الغرفة 2.اختبار سلسلة عامل المقياس2.1عامل المقياسالتعريف: علاقة تناسب خطية بين إشارة الخرج والسرعة الزاوية المدخلةمعدات الاختبار: قرص دوار عالي الدقة (خطأ)

البوصلة الإلكترونية أداة ملاحة مهمة توفر معلومات آنية عن اتجاه واتجاه الأجسام المتحركة. وتُعد معايرة البوصلة الإلكترونية خطوة أساسية لضمان دقة قياساتها الاتجاهية. 1.مبدأ معايرة البوصلة الإلكترونيةتحدد البوصلة الإلكترونية الاتجاه عن طريق قياس مكونات المجال المغناطيسي الأرضي. وتُعرف عملية المعايرة في الواقع باسم "مطابقة القطع الناقص للمجال المغناطيسي".أ)جمع بيانات المجال المغناطيسي في جميع الاتجاهات عند دوران الجهاز.ب)توليد معلمات التعويض عن طريق حساب تداخل الحديد الصلب (الإزاحة الثابتة) وتداخل الحديد اللين (التحجيم والاقتران المتبادل) من خلال الخوارزميات.ج)يتم تطبيق التعويض تلقائيًا أثناء القياسات اللاحقة لملاءمة بيانات المجال المغناطيسي مع كرة مركزها نقطة الأصل، مما يحسن دقة الاتجاه. 2.طريقة معايرة البوصلة الإلكترونيةتتضمن طرق معايرة البوصلات الإلكترونية بشكل أساسي طريقتين: المعايرة المستوية والمعايرة ثلاثية الأبعاد على شكل الرقم 8.(1)طريقة معايرة المستوىلمعايرة المحورين XY، يدور الجهاز المزود بمستشعر مغناطيسي تلقائيًا في المستوى XY، وهو ما يُعادل دوران متجه المجال المغناطيسي للأرض حول نقطة المرور العمودية O(γx,γy) على المستوى XY. يُمثل هذا مسار متجه المجال المغناطيسي المُسقط على المستوى XY أثناء الدوران. ومن خلال ذلك، يُمكن تحديد مركز الدائرة بقيم (Xmax+Xmin)/2 و(Ymax+Ymin)/2. وبالمثل، يُمكن الحصول على مسار دائرة المجال المغناطيسي للأرض على المستوى XZ بتدوير الجهاز، ومن ثم حساب متجه تداخل المجال المغناطيسي γ (γx, γy, γz) في الفضاء ثلاثي الأبعاد. بعد المعايرة، يُمكن استخدام البوصلة الإلكترونية بشكل طبيعي على المستوى الأفقي. مع ذلك، ونظرًا للزاوية بين البوصلة والمستوى الأفقي، قد تؤثر هذه الزاوية على دقة زاوية الاتجاه، مما يستدعي تعويض الميل باستخدام مستشعرات التسارع.(2)طريقة المعايرة المجسمة على شكل الرقم 8عادةً، عندما يدور جهاز مزود بمستشعرات في اتجاهات مختلفة في الهواء، يكون الهيكل الهندسي المكاني المكون من القيم المقاسة عبارة عن كرة، وتقع جميع نقاط أخذ العينات على سطح هذه الكرة، كما هو موضح في الشكل التالي.               أ)الدوران الجوي: استخدم جهازًا مُعايرًا لتنفيذ حركة على شكل الرقم 8 في الهواء، مع توجيه الاتجاه العمودي للجهاز نحو جميع أرباع الفضاء الثمانية. من خلال الحصول على عدد كافٍ من نقاط العينة، يتم تحديد المركز O(γx,γy,γz)، وهو حجم واتجاه متجه تداخل المجال المغناطيسي الثابت.ب)جمع نقاط العينة: عند تدوير الجهاز في اتجاهات مختلفة في الهواء، يكون الهيكل الهندسي المكاني المكون من قيم القياس كرويًا، وتقع جميع نقاط العينة على سطح هذه الكرة. وباستخدام هذه النقاط، يمكن تحديد مركز الدائرة لتحديد قيمة التداخل المغناطيسي القوي وإجراء المعايرة. 3.خطوات معايرة البوصلة الإلكترونية(1)إعداد بيئة الاختبارØابتعد عن مصادر التداخل: تأكد من عدم وجود أجسام معدنية كبيرة (مثل الخزائن الحديدية والمركبات) أو محركات أو مكبرات صوت أو معدات كهرومغناطيسية أخرى في نطاق 3 أمتار من بيئة المعايرة.Øالوضع الأفقي: استخدم ميزانًا أو مستشعرًا مدمجًا لضبط الوضع الأفقي، مع التأكد من أن القياس يعتمد على المكون الأفقي للمجال المغناطيسي الأرضي.Øطريقة التثبيت: تجنب ارتداء الساعات أو الخواتم المعدنية عند حمل الجهاز؛ إذا كان جهازًا مدمجًا (مثل طائرة بدون طيار)، فتأكد من تثبيته بشكل مستقر.(2)ادخل وضع المعايرةأ)التشغيل اليدوي: راجع دليل المنتج، وتشمل الطرق الشائعة ما يلي:نمجموعة المفاتيح (مثل الضغط المطول على مفتاحي الطاقة والوظائف لمدة 5 ثوانٍ).نتعليمات البرنامج (حدد "معايرة البوصلة" من خلال التطبيق المصاحب).ب)التنبيه التلقائي: تقوم بعض الأجهزة تلقائيًا بالتنبيه إلى ضرورة إجراء المعايرة عند اكتشاف حالات شاذة في المجال المغناطيسي (مثل عرض "دقة منخفضة" بشكل مستمر). (3)إجراء عملية المعايرةأ)الدوران الأفقي (معايرة ثنائية الأبعاد):نقم بتدوير الجهاز ببطء حول المحور الرأسي (المحور Z) مع الحفاظ على وضعه الأفقي.نتأكد من سرعة دوران موحدة (حوالي 10 ثوانٍ/دورة)، وأكمل دورتين على الأقل لتغطية جميع الاتجاهات.ب)الدوران ثلاثي الأبعاد (معايرة ثلاثية الأبعاد، مناسبة للمعدات عالية الدقة):نقم بالدوران حول المحاور X (الدوران الجانبي)، Y (الميل)، و Z (الانحراف) بالتتابع، مع دوران كل محور 360 درجة على الأقل.نمثال على الإجراء: بعد الدوران الأفقي، اقلب الجهاز إلى وضعه الرأسي ثم قم بإمالته ذهابًا وإيابًا.(4)تحقق من نتائج المعايرةأ)طريقة مقارنة الاتجاه: قم بتوجيه الجهاز نحو اتجاه جغرافي معروف (مثل استخدام البوصلة لتحديد الشمال الحقيقي) وتحقق مما إذا كانت القراءات متطابقة.ب)التحقق من صحة البرامج: استخدم تطبيقات الخرائط أو الأدوات الاحترافية (مثل برامج تحليل المجال المغناطيسي) لمراقبة استقرار الاتجاه ودقته.ج)إعادة المعايرة: إذا تجاوز الانحراف الخطأ الاسمي للجهاز (مثل ±3 درجة)، فإن إعادة المعايرة وفحص التداخل البيئي مطلوبان. C9-Bبوصلة إلكترونية ثنائية الأبعاد عالية الدقة مزودة بمخرج بروتوكول CANC9-Aبوصلة إلكترونية ثلاثية الأبعاد مع تعويض زاوية الميل 40 درجة، مخرج بروتوكول CANC9-Cبوصلة إلكترونية ثنائية الأبعاد عالية الدقة ذات خرج رقمي، لوحة واحدة 

وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) هي مجموعة مستشعرات متكاملة تجمع بين عدة مقاييس تسارع وجيروسكوبات لإجراء قياسات ثلاثية الأبعاد للقوة النوعية والسرعة الزاوية بالنسبة إلى إطار مرجعي قصوري. مع ذلك، في السنوات الأخيرة، أصبح مصطلح IMU مصطلحًا عامًا يُستخدم لوصف أنظمة القصور الذاتي المختلفة، بما في ذلك أنظمة مرجعية الاتجاه والوضع (AHRS) وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS). ولا توفر وحدة IMU نفسها أي نوع من حلول الملاحة (الموقع، السرعة، الوضع).عادةً، يمكن تقسيم أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي إلى فئات الأداء الثلاث التالية: أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي البحرية وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي الملاحية: تُعد أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي البحرية أعلى مستوى من أجهزة الاستشعار التجارية المستخدمة في السفن والغواصات، وأحيانًا في المركبات الفضائية. يوفر هذا النظام حلًا للملاحة بدون مساعدة، بانحراف لا يتجاوز 1.8 كم/يوم. تصل تكلفة هذه الأجهزة إلى مليون دولار أمريكي. أما أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي الملاحية، فهي أقل كفاءة من أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي البحرية، وتُستخدم عادةً في الطائرات التجارية والعسكرية. يبلغ انحرافها أقل من 1.5 كم/ساعة، ويصل سعرها إلى 100 ألف دولار أمريكي.أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي التكتيكية والصناعية: تُعدّ أجهزة الاستشعار التكتيكية والصناعية الأكثر تنوعًا بين أنواع أجهزة الاستشعار الثلاثة، إذ تتميز بقدرتها على تلبية مختلف متطلبات الأداء والتكلفة، وفرصها السوقية هائلة. تُستخدم هذه الفئة في العديد من التطبيقات التي تتطلب الحصول على بيانات عالية الأداء بتكلفة منخفضة للإنتاج بكميات كبيرة، كما هو شائع في جزازات العشب الآلية، وروبوتات التوصيل، والطائرات المسيّرة، والروبوتات الزراعية، والروبوتات الصناعية المتنقلة، والسفن ذاتية القيادة.أجهزة الاستشعار الاستهلاكية: في السوق التجارية، تُباع هذه الأجهزة عادةً على شكل مقاييس تسارع أو جيروسكوبات منفصلة. وقد بدأت العديد من الشركات في دمج مقاييس تسارع وجيروسكوبات متعددة من مصنعين مختلفين لإنشاء وحدات قياس بالقصور الذاتي (IMU) مستقلة. يتطلب اختيار جهاز الاستشعار بالقصور الذاتي المناسب (مثل مقياس التسارع، أو الجيروسكوب، أو مقياس المغناطيسية، أو وحدة IMU/AHRS المدمجة) دراسة شاملة لعوامل متعددة بما في ذلك سيناريوهات التطبيق، ومعايير الأداء، والظروف البيئية، والتكاليف. 1.توضيح متطلبات التقديم النطاق الديناميكي: تحديد أقصى تسارع أو سرعة زاوية يحتاج المستشعر إلى قياسها (على سبيل المثال، يلزم وجود جيروسكوب عالي المدى للمناورة عالية السرعة للطائرة بدون طيار).متطلبات الدقة: تتطلب الملاحة عالية الدقة (مثل القيادة الذاتية) أجهزة استشعار ذات ضوضاء منخفضة وانحياز منخفض.معدل التحديث: تتطلب مراقبة الاهتزاز عالي التردد معدل أخذ عينات يزيد عن 1 كيلو هرتز، بينما قد يتطلب تتبع الحركة التقليدي 100 هرتز فقط.حد استهلاك الطاقة: تتطلب الأجهزة القابلة للارتداء استهلاكًا منخفضًا للطاقة (مثل مقاييس التسارع MEMS مع ضوضاء ± 10 ملغ)، بينما يمكن تخفيف القيود على الأجهزة الصناعية.طريقة التكامل: هل تحتاج إلى وحدة قياس القصور الذاتي (ستة محاور) أو نظام تحديد الاتجاه والوضع (مع حساب الوضع)؟ 2.مؤشرات الأداء الرئيسية مقياس التسارع:النطاق: ±2 جم (قياس الميل) إلى ±200 جم (الكشف عن الصدمات).كثافة الضوضاء:< 100 ميكروغرام/√ هرتز (دقة عالية) مقابل >500 ميكروغرام/√ هرتز (تكلفة منخفضة).عرض النطاق الترددي: يجب أن يغطي أعلى تردد للإشارة (على سبيل المثال، قد يتطلب الاهتزاز الميكانيكي أكثر من 500 هرتز). جيروسكوب:استقرار الانحياز الصفري: < 1°/ساعة (جيروسكوب الألياف البصرية) مقابل 10°/ساعة (MEMS الصناعية) مقابل 1000°/ساعة (الدرجة الاستهلاكية).المشي العشوائي الزاوي (ARW):

تُعدّ الجيروسكوبات الليفية البصرية (FOGs) أجهزة استشعار عالية الدقة تُستخدم لقياس السرعة الزاوية. وهي شائعة الاستخدام في مجالات مثل الطيران والملاحة والبحوث الزلزالية نظرًا لدقتها العالية وحساسيتها واستقرارها الممتاز. وتُعتبر مؤشرات دقتها الأساسية، بما في ذلك الانحراف الصفري، والحركة العشوائية، وخطأ قياس الزاوية، مفتاحًا لتقييم أدائها.شرح مفصل لمؤشرات الدقة الأساسيةيستخدم الجيروسكوب الليفي البصري الألياف الضوئية كعناصر استشعار لتحقيق قياس دقيق للسرعة الزاوية الدورانية. ويمكن تقييم دقة أدائه بشكل شامل من خلال المؤشرات الثلاثة التالية: (1) استقرار الانحياز (معدل الانحراف) يعكس هذا المؤشر دقة خرج الجيروسكوب في حالة عدم الدوران، والتي تُقاس عادةً بدقة مرجعية. يتميز انحراف الانحياز الصفري للجيروسكوب الليفي البصري بانخفاضه الشديد، حيث لا يتجاوز عادةً 0.2 درجة/ساعة، مما يضمن دقة قياس عالية. (2) المشي العشوائي (المشي العشوائي الزاوي، ARW) يقيس هذا المؤشر استقرار قيمة خرج الجيروسكوب على مدار فترة زمنية، ويُقاس عادةً بالدرجات لكل جذر تربيعي للساعة (°/√h). على سبيل المثال، يبلغ معدل التذبذب النسبي (ARW) لجهاز FOG 0.001°/√h، مما يعني أن التشويش في خرج الجيروسكوب يتراكم بمعدل 0.001 درجة لكل جذر تربيعي لوقت التشغيل.(3) دقة عامل المقياس تشير دقة عامل القياس إلى مدى تطابق قراءة الجيروسكوب مع السرعة الزاوية الفعلية. وعادةً ما تُعبّر عنها كنسبة مئوية للخطأ. على سبيل المثال، يتمتع جهاز FOG بدقة عامل قياس تبلغ 10 جزء في المليون. هذا يعني أنه مقابل كل درجة في الثانية من الدوران الفعلي، قد تنحرف قراءة الجيروسكوب بنسبة تصل إلى 0.001%. تحليل العوامل المؤثرة على الدقةتتأثر دقة الجيروسكوبات الليفية البصرية بعوامل خارجية مختلفة:(1) درجة حرارة: المكونات الحساسة في الجيروسكوبات الليفية البصرية حساسة للتغيرات في درجة الحرارة المحيطة، مما قد يؤدي إلى انحراف الانحياز الصفري أو زيادة أخطاء قياس الزاوية.(2) اهتزاز: يمكن أن يكون للاهتزازات البيئية آثار سلبية على دقة الجيروسكوبات الليفية البصرية، مما قد يؤدي إلى قيم خرج غير مستقرة.(3) مصدر الضوء: قد تؤثر التغييرات في المعلمات مثل الطاقة والطول الموجي لمصدر الضوء أيضًا على قيمة خرج الجيروسكوب الليفي البصري، مما يؤثر بالتالي على دقته.مثال على جهاز G-F3G70 المصنّع من قبل شركة مايكرو ماجيكتم تصميم مجموعة الجيروسكوب بالقصور الذاتي G-F3G70 ذات الألياف الضوئية لتطبيقات الدقة المتوسطة والعالية. تعتمد هذه التقنية على ثلاثة محاور مشتركة وتصميم منفصل، مما يوفر تكلفة منخفضة وأداءً مستقرًا. ويعتمد الهيكل على تقنية بصرية. تتميز هذه الوحدة بتغليف متكامل للمسارات والدوائر، ببنية بسيطة وسهولة التركيب. ويمكن استخدامها في أنظمة التوجيه الملاحي. أنظمة قياس وضبط وضعية الصواريخ الصغيرة والقنابل الموجهة.مؤشر الأداء الرئيسي للجيروسكوب الليفي البصري G-F3G70-AG-F3G70-BG-F3G70-Cوحدةاستقرار الانحياز الصفري≤0.050 (10 ثوانٍ)≤0.03 (10 ثوانٍ)≤0.02 (10 ثوانٍ)(°)/ساعةاستقرار الانحياز الصفري عند درجة الحرارة الكاملة (1 درجة مئوية/دقيقة، 100 ثانية)≤0.15≤0.12≤0.10(°)/ساعةقابلية التكرار بدون انحياز≤0.050≤0.03≤0.03(°)/ساعةمعامل المشي العشوائي≤0.002≤0.002≤0.001(º)/ساعةنصفاللاخطية في عامل المقياس≤20جزء في المليونعدم تناظر عامل المقياس≤20جزء في المليونقابلية تكرار عامل المقياس≤20جزء في المليونخاتمةبفضل دقتها العالية، تُستخدم الجيروسكوبات الليفية البصرية على نطاق واسع في مجالات مثل الطيران والملاحة وأبحاث الزلازل. فعلى سبيل المثال، في الطائرات، تُحدد هذه الجيروسكوبات بدقة موقع الطائرة وسرعتها واتجاهها، مما يضمن استقرارًا ودقةً في مسار الطيران. باختصار، وباعتبارها أجهزة قياس عالية الدقة، تتأثر كفاءة الجيروسكوب الليفي البصري بعوامل مختلفة، إلا أنها لا تزال تُظهر إمكانات وقيمة كبيرتين في مختلف مجالات التطبيق.   G-F3G70جيروسكوبات ألياف بصرية بنطاق ديناميكي 400 درجة/ثانية وبسعر مناسب، من مورد رائد في الصين  

محدد الشمال هو نوع من البوصلات يُستخدم لتحديد اتجاه الشمال الحقيقي لموقع معين. أما محدد الشمال الجيروسكوبي، المعروف أيضًا بالبوصلة الجيروسكوبية، فهو نظام قياس بالقصور الذاتي يستخدم مبدأ الجيروسكوب لتحديد اتجاه إسقاط السرعة الزاوية الدورانية للأرض على المستوى الأفقي المحلي (أي موقع الشمال الحقيقي). ولا يتطلب البحث عن الشمال فيه مرجعًا خارجيًا. مبدأ الجيروسكوب الليفي البصري - البحث عن الشمالrالجيروسكوب الليفي البصري (FOG) هو نوع جديد من الجيروسكوبات الصلبة بالكامل، يعتمد على تأثير ساغناك. وهو عنصر قياس بالقصور الذاتي خالٍ من الأجزاء الدوارة الميكانيكية، ويتميز بمزايا مثل مقاومة الصدمات، والحساسية العالية، والعمر الطويل، وانخفاض استهلاك الطاقة، والتكامل الموثوق. يُعدّ جهازًا مثاليًا للقصور الذاتي في الجيل الجديد من أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي المثبتة. في تطبيقات تحديد الشمال باستخدام الجيروسكوب الليفي البصري، تعتمد معظم الطرق المستخدمة على تدوير الجيروسكوب بزاوية ثابتة وحساب الزاوية بالنسبة لاتجاه الشمال من خلال تحديد الإزاحة. ولتحديد الشمال بدقة، من الضروري أيضًا التخلص من انحراف الجيروسكوب. عمومًا، تُستخدم منصة دوارة كما هو موضح في الشكل 1 لوضع الجيروسكوب الليفي البصري على قاعدة متحركة، بحيث يكون مستوى القاعدة المتحركة موازيًا للمستوى الأفقي، ويكون المحور الحساس للجيروسكوب الليفي البصري موازيًا لمستوى القاعدة المتحركة. عند بدء البحث عن الشمال، يكون الجيروسكوب في الموضع 1، ويكون محوره الحساس موازيًا للحامل. بافتراض أن الزاوية بين الاتجاه الأولي للمحور الحساس للجيروسكوب الليفي البصري واتجاه الشمال الحقيقي هي αقيمة خرج الجيروسكوب عند الموضع 1 هي ω1ثم قم بتدوير القاعدة 90 درجة وقم بقياس قيمة خرج الجيروسكوب عند الموضع 2 كما يلي: ω2قم بالتدوير 90 درجة مرتين متتاليتين، بالانتقال إلى الموضعين 3 و4 على التوالي، للحصول على السرعات الزاوية ω3 و ω4. بافتراض أن خط عرض نقطة القياس هو φ，دوران الأرض هو , ثم: باستخدام هذه الطريقة للقياس، يمكن التخلص من انحراف الصفر في الجيروسكوب، ولا حاجة لمعرفة قيمة خط العرض لموقع القياس. إذا كان خط عرض موقع القياس معروفًا، فيمكن تحديد زاوية الاتجاه من خلال قياس الموضعين 1 و3 (أو 2 و4) فقط. خاتمةيتميز جهاز تحديد الشمال المزود بجيروسكوب الألياف الضوئية ببنية بسيطة وأداء ممتاز، وهو قادر على مقاومة الصدمات والظروف البيئية القاسية. عندما يكون القرص الدوار أفقيًا، فإنه يوفر الزاوية بين الحامل واتجاه الشمال الحقيقي دون الحاجة إلى إدخال قيم خطوط العرض. في حال لم يكن القرص الدوار أفقيًا تمامًا، تُستخدم السرعة الزاوية للأرض المقاسة بواسطة جيروسكوب الألياف الضوئية، بالإضافة إلى الزاوية بين الجيروسكوب والمستوى الأفقي المقاسة بواسطة مقياس التسارع، لحساب الزاوية بين خط أساس الحامل واتجاه الشمال الحقيقي باستخدام الحاسوب. في الوقت نفسه، يمكن لمقياس التسارع قياس زاوية ميل جهاز تحديد الشمال. NF2000نظام ملاحة بالقصور الذاتي عالي الدقة لتحديد الاتجاه الشمالي باستخدام تقنية FOG NF3000نظام الملاحة بالقصور الذاتي، نظام الضباب الديناميكي عالي الأداء، نظام تحديد الشمال 

يعتمد اختيار مقياس التسارع المرن المصنوع من الكوارتز أو مقياس التسارع المصنوع بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) على متطلبات التطبيق المحددة. إليك بعض العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها: 1. مقياس تسارع مرن من الكوارتزالمزايا:1) الدقة العالية والاستقرار: تشتهر مقاييس التسارع الكوارتزية بدقتها العالية واستقرارها على المدى الطويل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قياسات دقيقة على مدى فترات طويلة.2) نطاق ديناميكي واسع: يمكنها قياس نطاق واسع من التسارعات، من المنخفضة جدًا إلى العالية جدًا.3) المتانة: فهي متينة بشكل عام ويمكنها العمل في بيئات قاسية، بما في ذلك درجات الحرارة العالية وظروف الاهتزاز العالي.4) انخفاض مستوى الضوضاء: تتميز هذه الأجهزة عادةً بمستويات ضوضاء منخفضة، وهو أمر بالغ الأهمية لإجراء قياسات حساسة. العيوب: 1) الحجم والوزن: مقاييس التسارع المصنوعة من الكوارتز تكون بشكل عام أكبر حجماً وأثقل وزناً مقارنة بمقاييس التسارع المصنوعة من MEMS.2) التكلفة: عادة ما تكون أغلى ثمناً بسبب عملية التصنيع المعقدة والمواد عالية الجودة.3) استهلاك الطاقة: تميل هذه الأجهزة إلى استهلاك المزيد من الطاقة، وهو ما قد يمثل مصدر قلق للأجهزة التي تعمل بالبطاريات. 2. مقياس تسارع MEMSالمزايا:1)      الحجم الصغير: مقاييس التسارع MEMS صغيرة وخفيفة الوزن، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي يكون فيها الحجم والوزن أمراً بالغ الأهمية، كما هو الحال في الإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة المحمولة.2)      منخفضة التكلفة: عادةً ما تكون أقل تكلفة في الإنتاج، مما يجعلها فعالة من حيث التكلفة للتطبيقات ذات الحجم الكبير.3)      استهلاك منخفض للطاقة: تستهلك مقاييس التسارع MEMS طاقة أقل، وهو أمر مفيد للأجهزة التي تعمل بالبطاريات.4)      التكامل: يمكن دمجها بسهولة مع المكونات الإلكترونية الأخرى على شريحة واحدة، مما يتيح الأجهزة متعددة الوظائف. العيوب:1) دقة أقل: قد تتمتع مقاييس التسارع MEMS بدقة واستقرار أقل مقارنة بمقاييس التسارع الكوارتزية، خاصة على مدى فترات طويلة.2) نطاق ديناميكي محدود: قد لا تعمل هذه الأجهزة بشكل جيد في قياس التسارعات العالية جدًا أو المنخفضة جدًا.3) الحساسية البيئية: يمكن أن تكون أكثر حساسية للعوامل البيئية مثل درجة الحرارة والاهتزاز، مما قد يؤثر على الأداء. 3. اعتبارات التقديمØ  التطبيقات عالية الدقة: إذا كان تطبيقك يتطلب دقة عالية واستقرارًا ونطاقًا ديناميكيًا واسعًا (مثل الفضاء الجوي أو الدفاع أو المراقبة الزلزالية)، فقد يكون مقياس التسارع المرن المصنوع من الكوارتز هو الخيار الأفضل.Ø  الإلكترونيات الاستهلاكية: بالنسبة للتطبيقات التي يكون فيها الحجم والوزن والتكلفة واستهلاك الطاقة أمورًا بالغة الأهمية (مثل الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء وأجهزة إنترنت الأشياء)، فمن المرجح أن يكون مقياس التسارع MEMS أكثر ملاءمة. 4. مقارنة الأداءتُقدّم شركة مايكرو-ماجيك سلسلة من مقاييس التسارع الكوارتزية عالية الدقة وسلسلة من مقاييس التسارع الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). فعلى سبيل المثال، عند استخدام مقياس التسارع الكوارتزي AC-5B ومقياس التسارع الكهروميكانيكي الدقيق ACM-300-8، نورد فيما يلي بعض المقارنات النموذجية للمعايير: حدودAC-5ACM-300نطاق القياس±50 g±8 غرامدقة