تحليل مشكلات انحراف درجة الحرارة وطرق التعويض في الجيروسكوبات الليفية البصرية
May 19, 2025
استكشف تأثير تغير درجة الحرارة على الجيروسكوبات الليفية البصرية، وطرق التعويض الفعالة، والنتائج التجريبية. تعرّف على كيفية تحسين نماذج كثيرات الحدود من الدرجة الثالثة للدقة بنسبة 75%.تُستخدم الجيروسكوبات الليفية البصرية (FOGs)، كنوع جديد من أجهزة قياس معدل الدوران الزاوي عالية الدقة، على نطاق واسع في التطبيقات العسكرية والتجارية والمدنية نظرًا لصغر حجمها وموثوقيتها العالية وعمرها الطويل، مما يُشير إلى آفاق تطوير واسعة. مع ذلك، عند تقلب درجات حرارة التشغيل، تُظهر إشاراتها الخارجة انحرافًا، مما يؤثر بشكل كبير على دقة القياس ويحد من نطاق استخدامها. لذا، أصبحت دراسة أنماط الانحراف في الجيروسكوبات الليفية البصرية وتطبيق تعويض الأخطاء تحديًا بالغ الأهمية لتعزيز قدرتها على التكيف مع بيئات درجات الحرارة المتغيرة.آليات تأثير درجة الحرارة على الجيروسكوبات الليفية البصريةالجيروسكوبات الضوئية (FOGs) هي جيروسكوبات بصرية تعتمد على تأثير ساغناك، وتتكون من مصدر ضوئي، وكاشف ضوئي، ومقسم شعاع، وملف ليفي. تؤثر درجة الحرارة على دقة الجيروسكوب من خلال التأثير على أداء المكونات الداخلية.ملف الألياف: باعتباره المكون الأساسي، يُولّد ملف الألياف تأثير ساغناك عند دورانه بالنسبة للفضاء العطالي. وتؤدي الاضطرابات الحرارية إلى تعطيل التبادلية الهيكلية لجهاز قياس الدوران بالألياف، مما ينتج عنه أخطاء في فرق الطور.الكاشف الضوئي: تُحدث تغيرات درجة الحرارة المحيطة تشويشًا كبيرًا في الكاشف، وتُنتج تيارًا مظلمًا يعتمد على درجة الحرارة. كما تتأثر مقاومة الكاشف بدرجة الحرارة.مصدر الضوء: يرتبط أداء مصدر الضوء من حيث درجة الحرارة ارتباطًا وثيقًا بدقة إزاحة طور ساغناك. كما تؤثر التغيرات في القدرة الخارجة، ومتوسط الطول الموجي، وعرض الطيف عند درجات حرارة مختلفة على إشارة خرج الجيروسكوب.الطرق الحالية لتعويض انحراف درجة الحرارةتوجد حاليًا ثلاث طرق رئيسية للتخفيف من انحراف درجة الحرارة:أجهزة التحكم بدرجة الحرارة المادية: يمكن إضافة أنظمة تحكم محلية بدرجة الحرارة إلى أجهزة قياس التذبذبات الليفية (FOGs) لتعويض أخطاء درجة الحرارة في الوقت الفعلي. ومع ذلك، فإن هذا يزيد من الحجم والوزن، مما يتعارض مع التوجه نحو التصغير.تعديلات البنية الميكانيكية: تضمن تقنيات مثل طريقة لف الألياف الرباعية تأثيرات حرارية متناظرة على ملف الألياف، مما يقلل من التداخل غير التبادلي. ومع ذلك، لا يزال الانحراف المتبقي يؤثر على كشف معدل الدوران الزاوي.نمذجة التعويض بالبرمجيات: إن إنشاء نماذج درجة الحرارة للتعويض يوفر المساحة ويقلل التكاليف، مما يجعلها الطريقة السائدة في الممارسة الهندسية.تجارب درجة الحرارة وتحليل النمذجةالتصميم التجريبيأُجريت الاختبارات في ثلاثة نطاقات لدرجات الحرارة:من 0 درجة مئوية إلى 20 درجة مئويةمن -40 درجة مئوية إلى -20 درجة مئويةمن 40 درجة مئوية إلى 60 درجة مئويةتم ضبط درجة الحرارة الابتدائية للحجرة الحرارية، والحفاظ عليها لمدة 4 ساعات، ثم تعديلها بمعدل 5 درجات مئوية في الساعة. وسُجلت بيانات خرج الجيروسكوب. يوضح الشكل 1 نظام الاختبار، مع فاصل زمني لأخذ العينات يبلغ ثانية واحدة، وبيانات مُنعّمة على مدى 100 ثانية.النتائج الرئيسيةكشف تحليل منحنيات الإنتاج ما يلي:أظهر خرج الجيروسكوب تذبذبات كبيرة مع تغيرات درجة الحرارة.وقد اتبع منحنى الناتج نفس الاتجاهات التصاعدية أو التنازلية لمنحنى معدل درجة الحرارة.كان انحراف درجة الحرارة مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بدرجة الحرارة الداخلية ومعدل تغيرها.نموذج التعويضتم تطوير نموذج تعويض متعدد الحدود من الدرجة الثالثة، يتضمن العوامل التالية:نموذج عامل درجة الحرارة:Lout=L0+∑i=13ai(T−T0)i+∑j=13bjTjLout=L0+i=1∑3ai(T−T0)i+j=1∑3bjTjبعد التعويض، وصل استقرار الانحياز إلى 0.0200 درجة/ساعة.نموذج معدل درجة الحرارة:أدى إدخال مصطلح معدل درجة الحرارة إلى تحسين استقرار الانحياز إلى 0.0163 درجة مئوية/ساعة.نموذج شامل:من خلال مراعاة كل من درجة الحرارة ومعدل تغيرها، تحسن استقرار الانحياز بشكل كبير إلى 0.0055 درجة مئوية/ساعة، محققًا انخفاضًا بنسبة 77% في الخطأ.نتائج التعويضات المجزأةتم تطبيق معايير مختلفة للتعويض عبر نطاقات درجات الحرارة، وكانت النتائج كما يلي:محور الجيروسكوبنطاق درجة الحرارةخطأ ما قبل التعويض (°/ساعة)خطأ ما بعد التعويض (°/س)نسبة تقليل الخطأالمحور السينيمن 0 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية0.025040.0051879% من -40 درجة مئوية إلى -20 درجة مئوية0.024040.0055077% من 40 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية0.023290.0060374%المحور الصاديمن 0 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية0.023070.0059174% من -40 درجة مئوية إلى -20 درجة مئوية0.025350.0060276% من 40 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية0.029470.0056280%المحور Zمن 0 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية0.018770.0049574% من -40 درجة مئوية إلى -20 درجة مئوية0.020250.0064973% من 40 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية0.014130.0060058%بعد إجراء التعويض، انخفضت سعة تذبذب منحنيات الخرج بشكل ملحوظ، وأصبحت أكثر استقرارًا. وبلغ متوسط انخفاض الخطأ عبر نطاقات درجات الحرارة الثلاثة حوالي 75%.الخلاصة والتوقعاتأثبت نموذج تعويض درجة الحرارة المقترح من الدرجة الثالثة، والذي يأخذ في الحسبان درجة الحرارة الحالية، وانحراف درجة الحرارة الأولي، ومعدل تغير درجة الحرارة، فعاليته في تحسين إشارات خرج الجيروسكوب وتعزيز دقته بشكل ملحوظ. ويمكن تطبيق هذه الطريقة على نماذج جيروسكوبات الألياف البصرية (FOG) من شركة Micro-Magic، مثل U-F3X80 وU-F3X90 وU-F3X100 وU-F100A وU-F300.مع ذلك، لا تزال الأبحاث الحالية تعاني من بعض القيود، مثل عدم انتظام بيانات درجات الحرارة وعدم كفاية تغطية العينات. ينبغي أن تركز الأبحاث المستقبلية على تطوير أساليب تعويض انحراف درجات الحرارة عبر نطاقها الكامل. أما بالنسبة للتطبيقات الهندسية، فإن نمذجة التعويض باستخدام البرمجيات تُظهر إمكانات كبيرة كحل فعال من حيث التكلفة لتحقيق التوازن بين الدقة والجدوى العملية. U-F3X90مهما كانت احتياجاتك، فإن مايكرو ماجيك بجانبك.U-F3X100مهما كانت احتياجاتك، فإن مايكرو ماجيك بجانبك.U-F100Aمهما كانت احتياجاتك، فإن مايكرو ماجيك بجانبك.--
دعم الشبكة
بالعربية
