التحليل الدقيق للكشف عن تشوه الهيكل الهندسي للجيروسكوب للألياف البصرية

النقاط الرئيسية

1 طريقة الكشف عن تشوه الهيكل الهندسي بالاعتماد على جيروسكوب الألياف الضوئية

مبدأ طريقة الكشف عن تشوه الهيكل الهندسي استنادًا إلى جيروسكوب الألياف الضوئية هو تثبيت جيروسكوب الألياف الضوئية على جهاز الكشف، وقياس السرعة الزاوية لنظام الكشف عند التشغيل على السطح المُقاس للهيكل الهندسي، وقياس مسافة التشغيل جهاز الكشف، وحساب مسار التشغيل لجهاز الكشف لتحقيق الكشف عن تشوه الهيكل الهندسي. يشار إلى هذه الطريقة باسم طريقة المسار في هذه الورقة. يمكن وصف هذه الطريقة بأنها "ملاحة مستوية ثنائية الأبعاد"، أي أنه يتم حل موضع الناقل في السطح الراسيا لسطح الهيكل المقاس، ويتم الحصول أخيرًا على مسار الناقل على طول سطح الهيكل المقاس.

وفقًا لمبدأ طريقة المسار، تشمل مصادر الخطأ الرئيسية الخطأ المرجعي وخطأ قياس المسافة وخطأ قياس الزاوية. يشير الخطأ المرجعي إلى خطأ قياس زاوية الميل الأولية θ0، ويشير خطأ قياس المسافة إلى خطأ قياس ΔLi، ويشير خطأ قياس الزاوية إلى خطأ قياس Δθi، والذي ينتج بشكل أساسي عن خطأ قياس Δθi السرعة الزاوية لجيروسكوب الألياف الضوئية. لا تأخذ هذه الورقة في الاعتبار تأثير الخطأ المرجعي وخطأ قياس المسافة على خطأ اكتشاف التشوه، ويتم تحليل خطأ اكتشاف التشوه الناتج عن خطأ جيروسكوب الألياف الضوئية فقط.

2 تحليل دقة اكتشاف التشوه بناءً على جيروسكوب الألياف الضوئية

2.1 نمذجة الخطأ لجيروسكوب الألياف الضوئية في تطبيقات اكتشاف التشوه

جيروسكوب الألياف الضوئية هو جهاز استشعار لقياس السرعة الزاوية على أساس تأثير سانياك. بعد مرور الضوء المنبعث من مصدر الضوء عبر الدليل الموجي Y، يتم تشكيل شعاعين من الضوء يدوران في اتجاهين متعاكسين في حلقة الألياف. عندما يدور الحامل بالنسبة إلى الفضاء بالقصور الذاتي، يكون هناك اختلاف في المسار البصري بين شعاعي الضوء، ويمكن اكتشاف إشارة التداخل البصري المتعلقة بالسرعة الزاوية الدورانية في نهاية الكاشف، وذلك لقياس السرعة القطرية.
التعبير الرياضي لإشارة خرج جيروسكوب الألياف الضوئية هو: F=Kw+B0+V. حيث F هو مخرج الجيروسكوب، وK هو عامل المقياس، وω هو الجيروسكوب
مدخلات السرعة الزاوية على المحور الحساس، B0 هو الانحياز الصفري الجيروسكوبي، υ هو مصطلح الخطأ المتكامل، بما في ذلك الضوضاء البيضاء والمكونات المتغيرة ببطء الناتجة عن الضوضاء المختلفة مع وقت ارتباط طويل، ويمكن أيضًا اعتبار υ خطأ الانحياز الصفري .
تتضمن مصادر خطأ القياس لجيروسكوب الألياف الضوئية خطأ عامل القياس وخطأ الانحراف الصفري. في الوقت الحاضر، يبلغ خطأ عامل القياس لجيروسكوب الألياف الضوئية المطبق في الهندسة 10-5~10-6. في تطبيق اكتشاف التشوه، يكون إدخال السرعة الزاوية صغيرًا، ويكون خطأ القياس الناتج عن خطأ عامل القياس أصغر بكثير من الخطأ الناتج عن خطأ الانحراف الصفري، والذي يمكن تجاهله. ويتميز مكون التيار المستمر لخطأ الانحياز الصفري بقابلية تكرار الانحياز الصفري Br، وهو الانحراف المعياري لقيمة الانحياز الصفري في اختبارات متعددة. يتميز مكون التيار المتردد بثبات التحيز الصفري Bs، وهو الانحراف المعياري لقيمة خرج الجيروسكوب عن متوسطه في اختبار واحد، وترتبط قيمته بزمن أخذ عينات الجيروسكوب.

2.2 حساب خطأ التشوه بناءً على جيروسكوب الألياف الضوئية

وبأخذ نموذج الشعاع المدعوم البسيط كمثال، يتم حساب خطأ اكتشاف التشوه، ويتم إنشاء النموذج النظري للتشوه الهيكلي. وعلى هذا الأساس يتم تحديد الكشف
استنادًا إلى سرعة التشغيل ووقت أخذ العينات للنظام، يمكن الحصول على السرعة الزاوية النظرية لجيروسكوب الألياف الضوئية. بعد ذلك يمكن محاكاة خطأ قياس السرعة الزاوية لجيروسكوب الألياف الضوئية وفقًا لنموذج خطأ الانحراف الصفري لجيروسكوب الألياف الضوئية الموضح أعلاه.

2.3 مثال لحساب المحاكاة

يعتمد إعداد المحاكاة لسرعة التشغيل ووقت أخذ العينات وضعًا متغير النطاق، أي أن ΔLi التي تم تمريرها في كل وقت أخذ عينات ثابتة، ويتم تغيير وقت أخذ العينات لنفس مقطع الخط عن طريق تغيير سرعة التشغيل. على سبيل المثال، عندما يكون ΔLi 1 مم، مثل سرعة التشغيل 2 م/ث، يكون وقت أخذ العينات 0.5 مللي ثانية. إذا كانت سرعة التشغيل 0.1 م/ث، فإن وقت أخذ العينات هو 10 مللي ثانية.

3 العلاقة بين أداء جيروسكوب الألياف الضوئية وخطأ قياس التشوه

أولاً، يتم تحليل تأثير خطأ التكرار الصفري. عندما لا يكون هناك خطأ في استقرار التحيز الصفري، يتم إصلاح خطأ قياس السرعة الزاوية الناجم عن خطأ التحيز الصفري، مثل كلما زادت سرعة الحركة، كلما كان وقت القياس الإجمالي أقصر، وكان تأثير خطأ التحيز الصفري أصغر، وكان التشوه أصغر خطأ في القياس. عندما تكون سرعة التشغيل سريعة، يكون خطأ استقرار التحيز الصفري هو العامل الرئيسي الذي يسبب خطأ قياس النظام. عندما تكون سرعة التشغيل منخفضة، يصبح خطأ التكرار الصفري هو المصدر الرئيسي لخطأ قياس النظام.
باستخدام مؤشر جيروسكوبي للألياف الضوئية متوسط الدقة النموذجي، أي أن استقرار التحيز الصفري هو 0.5 درجة/ساعة عندما يكون وقت أخذ العينات 1 ثانية، وقابلية التكرار الصفرية هي 0.05 درجة/ساعة. قارن أخطاء قياس النظام عند سرعة التشغيل 2 م/ث، 1 م/ث، 0.2 م/ث، 0.1 م/ث، 0.02 م/ث، 0.01 م/ث، 0.002 م/ث، 0.001 م/ث. عندما تكون سرعة التشغيل 2 م/ث، يكون خطأ القياس 8.514 ميكرومتر (RMS)، عندما تنخفض سرعة القياس إلى 0.2 م/ث، يكون خطأ القياس 34.089 ميكرومتر (RMS)، عندما تنخفض سرعة القياس إلى 0.002 m /s، خطأ القياس هو 2246.222μm (RMS)، كما يتبين من نتائج المقارنة. كلما زادت سرعة التشغيل، قل خطأ القياس. بالنظر إلى سهولة التشغيل الهندسي، فإن سرعة التشغيل البالغة 2 م/ث يمكن أن تحقق دقة قياس أفضل من 10 ميكرومتر.

4 ملخص

استنادًا إلى تحليل المحاكاة لقياس تشوه الهيكل الهندسي استنادًا إلى جيروسكوب الألياف الضوئية، تم إنشاء نموذج الخطأ لجيروسكوب الألياف الضوئية، ويتم الحصول على العلاقة بين خطأ قياس التشوه وأداء جيروسكوب الألياف الضوئية باستخدام الشعاع المدعوم البسيط نموذج كمثال. تظهر نتائج المحاكاة أنه كلما كان تشغيل النظام أسرع، أي كلما كان وقت أخذ العينات لجيروسكوب الألياف الضوئية أقصر، زادت دقة قياس التشوه للنظام عندما لا يتغير رقم أخذ العينات ويتم ضمان دقة الكشف عن المسافة. مع مؤشر جيروسكوبي للألياف الضوئية متوسط الدقة وسرعة تشغيل تبلغ 2 م/ث، يمكن تحقيق دقة قياس التشوه أفضل من 10 ميكرومتر.
يبلغ قطر Micro-Magic Inc GF-50 φ50*36.5 مم ودقة تبلغ 0.1 درجة/ساعة. دقة GF-60 0.05 درجة/ساعة، تنتمي إلى المستوى التكتيكي العالي لجيروسكوب الألياف الضوئية، أنتجت شركتنا جيروسكوب بحجم صغير، خفيف الوزن، استهلاك منخفض للطاقة، بداية سريعة، تشغيل بسيط، سهل الاستخدام وخصائص أخرى، على نطاق واسع تستخدم في INS، IMU، نظام تحديد المواقع، نظام تحديد الشمال، استقرار المنصة وغيرها من المجالات. إذا كنت مهتمًا بجيروسكوب الألياف الضوئية الخاص بنا، فلا تتردد في الاتصال بنا.