эффект Сагнака

Изучите влияние температурного дрейфа на волоконно-оптические гироскопы (ВОГ), эффективные методы компенсации и экспериментальные результаты. Узнайте, как полиномиальные модели третьего порядка повышают точность на 75%.Волоконно-оптические гироскопы (ВОГ), как новый тип высокоточных приборов для измерения угловой скорости, широко используются в военной, коммерческой и гражданской сферах благодаря своим компактным размерам, высокой надежности и длительному сроку службы, демонстрируя широкие перспективы развития. Однако при колебаниях рабочей температуры их выходные сигналы демонстрируют дрейф, что существенно влияет на точность измерений и ограничивает область их применения. Поэтому изучение закономерностей дрейфа ВОГ и внедрение компенсации ошибок стали критически важной задачей для повышения их адаптивности к изменяющимся температурам.Механизмы воздействия температуры на волоконно-оптические гироскопыОптические гироскопы (FOG) основаны на эффекте Сагнака и состоят из источника света, фотодетектора, разделителя лучей и волоконной катушки. Температура влияет на точность гироскопа, воздействуя на работу внутренних компонентов:Волоконно-оптическая катушка: являясь основным компонентом, волоконно-оптическая катушка создает эффект Сагнака при вращении относительно инерциального пространства. Температурные возмущения нарушают структурную взаимосвязь волоконно-оптического гироскопа, что приводит к ошибкам фазового сдвига.Фотодетектор: Колебания температуры окружающей среды вносят значительный шум в работу детектора и вызывают зависящий от температуры темновой ток. Сопротивление нагрузки детектора также зависит от температуры.Источник света: Температурные характеристики источника света тесно связаны с точностью фазового сдвига Сагнака. Изменения выходной мощности, средней длины волны и ширины спектра при различных температурах дополнительно влияют на выходной сигнал гироскопа.Существующие методы компенсации температурного дрейфаВ настоящее время существует три основных метода уменьшения температурного дрейфа:Аппаратные устройства контроля температуры: добавление локальных систем контроля температуры к волоконно-оптическим гироскопам позволяет компенсировать температурные ошибки в режиме реального времени. Однако это увеличивает объем и вес, что противоречит тенденции к миниатюризации.Модификации механической структуры: Такие методы, как квадрупольная намотка, обеспечивают симметричное воздействие температуры на волоконную катушку, уменьшая нереципрокные помехи. Однако остаточный дрейф по-прежнему влияет на определение угловой скорости.Программное моделирование компенсации: создание температурных моделей для компенсации экономит место и снижает затраты, что делает этот метод основным в инженерной практике.Эксперименты по измерению температуры и анализ моделированияЭкспериментальный дизайнИспытания проводились в трех температурных диапазонах:от 0°C до 20°Cот -40°C до -20°Cот 40°C до 60°CНачальная температура термокамеры была установлена, поддерживалась в течение 4 часов, а затем регулировалась со скоростью 5°C/ч. Были записаны данные с гироскопа. Схема испытательной системы показана на рисунке 1, с интервалом дискретизации 1 секунда и сглаживанием данных в течение 100 секунд.Основные выводыАнализ выходных кривых показал:Показания гироскопа демонстрировали значительные колебания при изменении температуры.Кривая выходной мощности следовала тем же восходящим или нисходящим тенденциям, что и кривая изменения температуры.Температурный дрейф был тесно связан с внутренней температурой и скоростью её изменения.Модель компенсацииБыла разработана модель компенсации на основе полинома третьего порядка, включающая следующие факторы:Модель температурного фактора:Lout = L0 + ∑i = 13ai(T−T0)i + ∑j = 13bjTjLout = L0 + i = 1∑3ai(T−T0)i + j = 1∑3bjTjПосле компенсации стабильность смещения достигла 0,0200°/ч.Модель температурного режима:Введение члена, описывающего скорость изменения температуры, повысило стабильность смещения до 0,0163°/ч.Комплексная модель:Благодаря учету как температуры, так и скорости ее изменения, стабильность смещения значительно улучшилась до 0,0055°/ч, что позволило снизить погрешность на 77%.Результаты сегментированной системы вознагражденияДля компенсации в различных температурных диапазонах применялись разные параметры, результаты оказались следующими:Гироскопическая осьДиапазон температурОшибка предварительной компенсации (°/ч)Погрешность после компенсации (°/ч)Процент снижения ошибокОсь Xот 0°C до 20°C0,025040,0051879% от -40°C до -20°C0,024040,0055077% от 40°C до 60°C0.023290,0060374%Ось Yот 0°C до 20°C0.023070,0059174% от -40°C до -20°C0,025350,0060276% от 40°C до 60°C0,029470,0056280%Ось Zот 0°C до 20°C0.018770,0049574% от -40°C до -20°C0.020250,0064973% от 40°C до 60°C0,014130.0060058%После компенсации амплитуда колебаний выходных кривых значительно снизилась и стала более стабильной. Среднее снижение погрешности в трех температурных диапазонах составило приблизительно 75%.Заключение и перспективыПредложенная модель температурной компенсации третьего порядка, учитывающая текущую температуру, начальное отклонение температуры и скорость изменения температуры, экспериментально доказала свою эффективность в улучшении выходных сигналов гироскопа и значительном повышении точности. Этот метод может быть применен к моделям волоконно-оптических гироскопов Micro-Magic, таким как U-F3X80, U-F3X90, U-F3X100, U-F100A и U-F300.Однако текущие исследования все еще имеют ограничения, такие как прерывистая история изменения температуры и недостаточное покрытие выборки. В будущих работах следует сосредоточиться на разработке методов компенсации температурного дрейфа во всем диапазоне температур. Для инженерных приложений программная компенсация с помощью моделирования демонстрирует большой потенциал как экономически эффективное решение, позволяющее сбалансировать точность и практичность. U-F3X90Что бы вам ни понадобилось, Micro-Magic всегда рядом.U-F3X100Что бы вам ни понадобилось, Micro-Magic всегда рядом.U-F100AЧто бы вам ни понадобилось, Micro-Magic всегда рядом.--

Изучите принципы работы, военно-гражданское применение и рыночные перспективы тактических волоконно-оптических гироскопов (ВОГ). Узнайте о лучших продуктах, таких как GF-3G70 и GF-3G90, и откройте для себя их роль в аэрокосмической отрасли, беспилотных летательных аппаратах и ​​многом другом.1.ВведениеВ области современной инерциальной навигации волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) стали одним из основных устройств благодаря своим уникальным преимуществам. Сегодня мы подробно рассмотрим принципы работы, текущее состояние рынка и типичные области применения этой технологии, уделяя особое внимание характеристикам волоконно-оптических гироскопов тактического класса.2.Принципы работы волоконно-оптических гироскоповВолоконно-оптический гироскоп — это полностью твердотельный волоконно-оптический датчик, основанный на эффекте Сагнака. Его основным компонентом является волоконно-оптическая катушка, в которой свет, излучаемый лазерным диодом, распространяется в двух направлениях. При вращении системы пути распространения двух световых лучей создают разность. Измеряя эту разность оптических путей, можно точно определить угловое смещение чувствительного компонента.Проще говоря, представьте, что вы излучаете два луча света в противоположных направлениях по круговой дорожке. Когда дорожка неподвижна, оба луча одновременно возвращаются в исходную точку. Однако, если дорожка вращается, свет, движущийся против направления вращения, «пройдёт большее расстояние», чем другой луч. Волоконно-оптический гироскоп вычисляет угол поворота, измеряя эту незначительную разницу.3.Техническая классификация и рыночное положениеВ зависимости от способа работы волоконно-оптические гироскопы можно разделить на следующие типы:Интерферометрический волоконно-оптический гироскоп (I-FOG)Резонансный волоконно-оптический гироскоп (R-FOG)Волоконно-оптический гироскоп с рассеянием Бриллюэна (B-FOG)С точки зрения уровней точности, они включают в себя:Тактический класс начального уровняВысококачественный тактический классНавигационный уровеньКласс точностиВ настоящее время рынок волоконно-оптических гироскопов демонстрирует двойное назначение: для военных и гражданских целей.Военное применение: системы управления ориентацией истребителей/ракет, навигация танков, измерение курса подводных лодок и т. д.Применение в гражданском секторе: навигация автомобилей/самолетов, измерение мостов, бурение нефтяных скварок и т. д.Стоит отметить, что волоконно-оптические гироскопы средней и высокой точности в основном используются в высокотехнологичном военном оборудовании, например, в аэрокосмической отрасли, в то время как недорогие, низкоточные изделия широко применяются в гражданских областях, таких как разведка нефти, системы управления ориентацией сельскохозяйственной техники и робототехника.4.Технические проблемы и тенденции развитияКлюч к созданию высокоточных волоконно-оптических гироскопов заключается в следующем:1.Изучение влияния оптических устройств и физической среды на производительность.2.Подавление шума относительной интенсивности.Благодаря развитию технологий оптоэлектронной интеграции и специальных оптических волокон, волоконно-оптические гироскопы быстро развиваются в направлении миниатюризации и снижения стоимости. Интегрированные, высокоточные и миниатюрные волоконно-оптические гироскопы станут основным типом устройств в будущем.5.Рекомендуемые тактические волоконно-оптические гироскопыВ качестве примера можно привести продукцию компании Micro-Magic: их тактические волоконно-оптические гироскопы отличаются средней точностью, низкой стоимостью и длительным сроком службы, что обеспечивает им значительные ценовые преимущества на рынке. Ниже представлены два популярных продукта:GF-3G70Эксплуатационные характеристики:Стабильность смещения: 0,02~0,05°/чТипичные области применения:Электрооптические модули/платформы управления полетомИнерциальные навигационные системы (ИНС)/Инерциальные измерительные блоки (ИМБ)устройства стабилизации платформыСистемы позиционированияСеверные искателиGF-3G90Эксплуатационные характеристики:Повышенная стабильность смещения: 0,006~0,015°/чДлительный срок службы, высокая надежностьТипичные области применения:Управление полетом БПЛАКартографирование и измерение инерциальной орбиты.Электрооптические модулиСтабилизаторы платформы6.ЗаключениеТехнология волоконно-оптических гироскопов имеет важное стратегическое значение для промышленного, оборонного и технологического развития страны. С развитием технологий и расширением областей применения волоконно-оптические гироскопы будут играть решающую роль во всё большем количестве сфер. Тактические изделия, благодаря отличному соотношению цены и качества, получают широкое распространение как на военном, так и на гражданском рынках.Г-Ф3Г70Трехосевой волоконно-оптический гироскопГ-Ф70ЗКСредняя и высокая точностьВолоконно-оптический гироскопГ-Ф3Г90Трехосевой волоконно-оптический гироскоп--