Методы тестирования нескольких ключевых показателей волоконно-оптического гироскопа | Стабильность при нулевом смещении, нелинейность масштабного коэффициента и анализ RWC

Изучите комплексные методы тестирования ключевых показателей волоконно-оптических гироскопов, включая стабильность нулевого смещения, нелинейность масштабного коэффициента и коэффициент случайного блуждания (RWC). Освойте пошаговые процедуры, формулы и требования к оборудованию для приложений точной навигации и управления ориентацией.

Волоконно-оптический гироскоп основан на эффекте Сагны и широко используется для измерения угловой скорости в навигации и управлении ориентацией. Ключевые показатели обычно включают стабильность нулевого смещения, масштабный коэффициент, случайное блуждание, полосу пропускания, шум, температурные характеристики и т. д. Измеряя эти показатели, можно всесторонне оценить производительность волоконно-оптических гироскопов, а также оптимизировать проектирование системы и алгоритмы компенсации на основе этих данных.

1.Тестирование серии при нулевом смещении

1.1Предвзятость

Определение: Средняя эквивалентная угловая скорость, выдаваемая волоконно-оптическим гироскопом при отсутствии входного сигнала угловой скорости.

Измерительное оборудование: горизонтальное эталонное устройство, устройство для измерения и регистрации выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа.

Метод тестирования: Закрепите волоконно-оптический гироскоп на горизонтальной опоре так, чтобы входная ось (IRA) была направлена ​​в направлении восток-запад. Записывайте выходные данные в течение как минимум 1 часа после включения питания с частотой дискретизации, удовлетворяющей критерию Найквиста (≥ 2 раза превышающей максимальную частоту сигнала).

Формула расчета:

Где K — масштабный коэффициент, — это среднее значение выходной мощности.

1.2Стабильность смещения

Определение: Степень разброса выходного сигнала с нулевым смещением относительно среднего значения отражает краткосрочную стабильность.

Метод тестирования: Аналогичен тесту на смещение, но требует длительной записи данных (не менее 1 часа).

Формула расчета:

где:: Стабильность нулевого смещения, измеренная в градусах в час (° ⁄ ч)

Односторонний амплитудный выход волоконно-оптического гироскопа

в то время .

1.3Повторяемость смещения

Определение: Проведите несколько тестов мощности, чтобы убедиться в стабильности нулевого смещения.

Метод тестирования: Повторите тест с нулевым смещением более 6 раз, с интервалами между тестами, включающими выключение питания и охлаждение до комнатной температуры.

Формула расчета:

Для каждого тестового набора данных обработайте его согласно формуле (1), рассчитайте нулевое смещение, а затем рассчитайте повторяемость нулевого смещения тестов Q согласно следующей формуле.

Где,: Нулевое смещение i-го теста;

: Нулевое смещение

1.4Чувствительность к температуре смещения

Определение: Дрейф нулевого смещения, вызванный изменениями температуры.

Метод тестирования: Установите различные температурные точки (охватывающие рабочий диапазон температур) внутри блока управления температурой и поддерживайте постоянную температуру в течение 30 минут в каждой точке. Измерьте смещение нуля в каждой температурной точке и рассчитайте отклонение от смещения нуля при комнатной температуре.

Формула расчета:

Тестовые данные обрабатываются по формуле (1), и нулевая чувствительность волоконно-оптического гироскопа при комнатной температуре и каждой точке измерения температуры рассчитывается отдельно. Температурная чувствительность нулевой чувствительности волоконно-оптического гироскопа рассчитывается по следующей формуле:

              Температура i-го испытания.: комнатная температура

2.Тестирование серии масштабных коэффициентов

2.1Масштабный коэффициент

Определение: Линейно-пропорциональная зависимость между выходным сигналом и входной угловой скоростью.

Испытательное оборудование: высокоточный поворотный стол (погрешность)<1/3 от измеренного индекса гироскопа)

Метод тестирования: Выберите не менее 11 точек угловой скорости (включая максимальную входную угловую скорость) равномерно в прямом и обратном направлениях. Запишите среднее значение выходной скорости для каждой точки и аппроксимируйте прямую линию методом наименьших квадратов.

Формула расчета:

Позволять Пусть — средний выходной сигнал волоконно-оптического гироскопа при j-й входной угловой скорости, а метод расчета масштабного коэффициента следующий:

Линейная модель для установления взаимосвязи между входом и выходом волоконно-оптического кабеля.

Гироскоп имеет следующую структуру:

Используя метод наименьших квадратов для вычисления K,

Где ∅ — скорость вращения поворотного стола, измеренная в градусах.

в секунду (° ⁄ с)

2.2Нелинейность масштабного коэффициента

Определение: Вывести максимальное отклонение относительно аппроксимирующей линии.

Формула расчета:

Согласно описанному выше методу, устанавливается соотношение вход-выход волоконно-оптического кабеля.

Гироскоп представляется путем аппроксимации прямой линией следующим образом:

Рассчитайте поточечное нелинейное отклонение выходных характеристик.

волоконно-оптический гироскоп рассчитывается по следующей формуле:

Рассчитайте коэффициент линейности масштабирования по следующей формуле, и

создать кривую нелинейного отклонения выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа (

Горизонтальная ось представляет собой входную угловую скорость, а вертикальная ось — входную.

представляет собой нелинейное отклонение)

2.3Температурная чувствительность масштабного коэффициента

Метод тестирования: Проверить коэффициент масштабирования при различных температурах и рассчитать отклонение, вызванное изменениями температуры.

Формула расчета:

Данные испытаний обрабатываются в соответствии с методом расчета масштабного коэффициента, при этом масштабный коэффициент волоконно-оптического гироскопа при комнатной температуре и для каждой точки измерения температуры рассчитывается отдельно. Температурная чувствительность масштабного коэффициента рассчитывается по следующей формуле:

3.Коэффициент случайного блуждания (RWC)

Определение: Интегральная ошибка угловой скорости, вызванная выходным белым шумом.

Метод тестирования: кратковременная (десятки секунд) высокочастотная выборка, анализ дисперсии Аллана.

Формула для расчета дисперсии Аллана:

а)Имеется n исходных выборок значений выходных сигналов волоконно-оптического гироскопа, полученных в начальный интервал времени дискретизации. Согласно формуле расчета нулевого смещения гироскопа, для получения исходных данных угловой скорости выходного сигнала каждого волоконно-оптического гироскопа вычисляется угловая скорость, как показано в следующей формуле:

б)Для непрерывных данных, состоящих из n начальных выборок, k непрерывных данных группируются вместе, а временная длина массива устанавливается равной где τ равно , 2 Рассчитайте среднее значение данных массива для каждого временного интервала.

с)Найдите среднюю разницу между двумя соседними массивами:

г)Вычислите дисперсию набора случайных величин:

 …… (17)

Повторите описанный выше процесс с различными значениямии получить Кривая в двойной логарифмической системе координат, которая называется кривой дисперсии Аллана. Используя приведенную ниже модель дисперсии Аллана, коэффициенты получают методом наименьших квадратов, а затем вычисляется коэффициент случайного блуждания RWC:

Заключение:

Ключевым этапом тестирования волоконно-оптических гироскопов является связь между исследованиями и разработками и практическим применением. Количественная проверка характеристик, обеспечение надежности и соответствие стандартам гарантируют их «точность, стабильность и пригодность» в высокоточных военных и гражданских областях, а также закладывают основу для технологических инноваций и оптимизации затрат.