Продукт: Система обнаружения деформаций на основе волоконно-оптического гироскопа
Основные характеристики:
Заключение:
Эта система обеспечивает точные и надежные измерения деформаций, предлагая ценные решения для инженерных и структурных задач анализа.
Принцип метода обнаружения деформаций инженерных конструкций на основе волоконно-оптического гироскопа заключается в следующем: волоконно-оптический гироскоп крепится к измерительному устройству, измеряется угловая скорость измерительной системы при перемещении по измеряемой поверхности инженерной конструкции, измеряется рабочее расстояние измерительного устройства, и рассчитывается траектория движения измерительного устройства для осуществления обнаружения деформаций инженерной конструкции. В данной статье этот метод называется траекторным методом. Этот метод можно описать как «двумерную плоскостную навигацию», то есть положение носителя определяется на отвесной поверхности измеряемой конструкции, и в конечном итоге получается траектория движения носителя вдоль измеряемой поверхности.
Согласно принципу траекторного метода, основными источниками ошибок являются ошибка определения положения, ошибка измерения расстояния и ошибка измерения угла. Ошибка определения положения относится к ошибке измерения начального угла наклона θ0, ошибка измерения расстояния — к ошибке измерения ΔLi, а ошибка измерения угла — к ошибке измерения Δθi, которая в основном вызвана ошибкой измерения угловой скорости волоконно-оптического гироскопа. В данной работе не рассматривается влияние ошибки определения положения и ошибки измерения расстояния на ошибку обнаружения деформации, анализируется только ошибка обнаружения деформации, вызванная ошибками волоконно-оптического гироскопа.
Волоконно-оптический гироскоп — это датчик для измерения угловой скорости, основанный на эффекте Сагнака. После прохождения света, излучаемого источником, через Y-образный волновод, в волоконном кольце формируются два световых луча, вращающихся в противоположных направлениях. Когда несущая вращается относительно инерциального пространства, между двумя световыми лучами возникает разность оптических путей, и на конце детектора может быть обнаружен оптический интерференционный сигнал, связанный с угловой скоростью вращения, что позволяет измерить диагональную скорость.
Математическое выражение выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа имеет вид: F = Kw + B0 + V, где F — выходной сигнал гироскопа, K — масштабный коэффициент, а ω — значение параметра гироскопа.
Входная угловая скорость на чувствительной оси, B0 — это гироскопическое нулевое смещение, υ — интегральная ошибка, включающая белый шум и медленно изменяющиеся компоненты, вызванные различными шумами с длительным временем корреляции; υ также можно рассматривать как ошибку нулевого смещения.
Источниками погрешности измерения волоконно-оптического гироскопа являются погрешность масштабного коэффициента и погрешность нулевого отклонения. В настоящее время погрешность масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа, применяемого в технике, составляет 10⁻⁵~10⁻⁶. При применении для обнаружения деформаций входной сигнал угловой скорости невелик, и погрешность измерения, вызванная погрешностью масштабного коэффициента, значительно меньше, чем погрешность нулевого отклонения, поэтому ею можно пренебречь. Постоянная составляющая погрешности нулевого смещения характеризуется повторяемостью нулевого смещения Br, которая представляет собой стандартное отклонение значения нулевого смещения в нескольких измерениях. Переменная составляющая характеризуется стабильностью нулевого смещения Bs, которая представляет собой стандартное отклонение выходного значения гироскопа от его среднего значения в одном измерении, и ее значение связано с временем дискретизации гироскопа.
На примере простой балки с опорами рассчитывается погрешность обнаружения деформации, и строится теоретическая модель деформации конструкции. На этой основе устанавливается алгоритм обнаружения.
Исходя из скорости работы и частоты дискретизации системы, можно получить теоретическую угловую скорость волоконно-оптического гироскопа. Затем, используя разработанную выше модель ошибки нулевого отклонения, можно смоделировать погрешность измерения угловой скорости волоконно-оптического гироскопа.
В режиме моделирования скорости движения и времени выборки используется изменяющийся диапазон, то есть величина ΔLi, прошедшая за каждый момент выборки, фиксирована, а время выборки для одного и того же отрезка линии изменяется при изменении скорости движения. Например, если ΔLi равно 1 мм, то при скорости движения 2 м/с время выборки составляет 0,5 мс. Если скорость движения равна 0,1 м/с, время выборки составляет 10 мс.
Во-первых, анализируется влияние ошибки повторяемости нулевого смещения. Когда отсутствует ошибка стабильности нулевого смещения, ошибка измерения угловой скорости, вызванная ошибкой нулевого смещения, фиксирована, например, чем выше скорость движения, тем короче общее время измерения, тем меньше влияние ошибки нулевого смещения и тем меньше ошибка измерения деформации. При высокой скорости движения ошибка стабильности нулевого смещения является основным фактором, вызывающим ошибку измерения системы. При низкой скорости движения ошибка повторяемости нулевого смещения становится основным источником ошибки измерения системы.
Используя типичный индекс среднеточного волоконно-оптического гироскопа, то есть стабильность нулевого смещения составляет 0,5 °/ч при времени выборки 1 с, а повторяемость нуля — 0,05 °/ч, сравниваем погрешности измерения системы при рабочих скоростях 2 м/с, 1 м/с, 0,2 м/с, 0,1 м/с, 0,02 м/с, 0,01 м/с, 0,002 м/с и 0,001 м/с. При рабочей скорости 2 м/с погрешность измерения составляет 8,514 мкм (среднеквадратичное значение), при снижении скорости измерения до 0,2 м/с погрешность измерения составляет 34,089 мкм (среднеквадратичное значение), при снижении скорости измерения до 0,002 м/с погрешность измерения составляет 2246,222 мкм (среднеквадратичное значение). Как видно из результатов сравнения, чем выше рабочая скорость, тем меньше погрешность измерения. С учетом удобства эксплуатации, скорость движения 2 м/с позволяет достичь точности измерения более 10 мкм.
На основе имитационного анализа измерения деформации инженерной конструкции с помощью волоконно-оптического гироскопа была построена модель погрешности волоконно-оптического гироскопа, и с использованием простой модели балки на опоре была получена зависимость между погрешностью измерения деформации и характеристиками гироскопа. Результаты моделирования показывают, что чем быстрее работает система, то есть чем короче время выборки волоконно-оптического гироскопа, тем выше точность измерения деформации при неизменном количестве выборок и тем выше точность определения расстояния. При типичном индексе волоконно-оптического гироскопа средней точности и скорости работы 2 м/с может быть достигнута точность измерения деформации лучше 10 мкм.
Гироскоп Micro-Magic Inc GF-50 имеет диаметр φ50*36,5 мм и точность 0,1º/ч. Точность GF-60 составляет 0,05º/ч, что соответствует высокому тактическому уровню волоконно-оптических гироскопов. Наша компания производит гироскопы с малыми размерами, легким весом, низким энергопотреблением, быстрым запуском, простотой в эксплуатации и удобством использования. Они широко применяются в инерциальных навигационных системах (ИНС), инерциальных измерительных блоках (ИМУ), системах позиционирования, системах определения севера, системах стабилизации платформ и других областях. Если вас заинтересовал наш волоконно-оптический гироскоп, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Xml политика конфиденциальности блог Карта сайта
Авторское право
@ Микро-Магия Инк Все права защищены.
ПОДДЕРЖИВАЕМАЯ СЕТЬ
русский
