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Discussione sul test della bobina in fibra

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Discussione sul test della bobina in fibra

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Nel 1976, l'Università dello Utah propose per la prima volta i giroscopi a fibra ottica (FOG), segnando la nascita della seconda generazione di giroscopi ottici. Dopo 45 anni di sviluppo, le dimensioni del mercato globale dei FOG hanno raggiunto i 3,8 miliardi. La bobina in fibra (o "bobina in fibra a mantenimento di polarizzazione" o "bobina di rilevamento in fibra") è l'elemento di rilevamento principale del FOG. La sua funzione è quella di convertire il segnale di velocità angolare del movimento dell'oggetto in un segnale ottico di fase, per poi convertire il segnale ottico di fase in un segnale elettrico in uscita attraverso altri componenti del FOG. Pertanto, si può affermare che la bobina in fibra è l'inizio del segnale di rilevamento del FOG e la qualità della bobina in fibra determina direttamente il limite superiore delle prestazioni del FOG.

1． Principio del FOG

Che tipo di bobina in fibra è una buona bobina? Come valutare una bobina in fibra? Questi due problemi sono quelli che devono essere risolti nel test delle bobine in fibra.

Nello spirito del pragmatismo, la valutazione della bobina in fibra deve partire dalla sua utilità. Attualmente, la maggior parte delle bobine in fibra viene utilizzata nella FOG interferometrica. Il suo principio fondamentale consiste nell'immettere contemporaneamente due fasci di luce da due pigtail nella bobina in fibra. A causa dell'effetto Sagnac causato dalla rotazione della bobina in fibra nello spazio inerziale, un fascio di luce verrà emesso dal pigtail opposto più velocemente dell'altro. Misurando la differenza di tempo tra i due fasci di luce emessi dalla bobina di fibra, è possibile valutare la velocità angolare della bobina di fibra rispetto alla rotazione dello spazio inerziale.

Poiché la luce è un tipo di onda, la differenza di tempo φs può essere espressa anche come differenza di fase e la sua espressione in relazione alla velocità angolare Ω della bobina in fibra è la seguente:

φ₅ =K Ω+ φ₀

Dove K è il fattore di scala della bobina in fibra, φ₀ è l'offset di zero della bobina in fibra.

La legge di conversione del segnale della bobina a fibre ottiche si evince dalla formula precedente. In uno stato ideale, se il fattore di scala è costante e non c'è offset zero, la relazione tra la velocità angolare e la differenza di fase può essere espressa come una semplice relazione proporzionale positiva; più grande è il fattore di scala, maggiore è la differenza di fase causata dalla stessa velocità angolare in ingresso attraverso la bobina a fibre ottiche e più alto è il limite superiore di risoluzione teorica del FOG. Tuttavia, nella realtà, il fattore di scala e l'offset di zero fluttuano o si spostano sotto l'influenza di fattori ambientali, influenzando la misura finale. Il test della bobina in fibra deve misurare il grado di variazione delle prestazioni della bobina in fibra influenzata da fattori ambientali. Determinare se è in grado di soddisfare i requisiti del FOG nell'ambiente di lavoro richiesto.

2． Test della bobina in fibra

Esistono diversi tipi di test sulle bobine in fibra: ispezione delle dimensioni complessive, ispezione delle prestazioni ottiche e ispezione delle prestazioni FOG. L'ispezione delle dimensioni complessive comprende la misurazione del diametro interno, del diametro esterno e dell'altezza della bobina in fibra; l'ispezione delle prestazioni ottiche comprende il test OTDR, il test della perdita di diafonia a temperatura normale, il test della perdita di diafonia a temperatura costante e il test della perdita di diafonia a temperatura piena; il test delle prestazioni FOG comprende il test del valore picco-picco a zero (o il test del sistema), il test della sensibilità del campo magnetico, il test dell'angolo di scala/allineamento e il test di avvio.

L'ispezione delle dimensioni complessive serve a garantire che le dimensioni complessive della bobina in fibra siano conformi allo standard, poiché le dimensioni complessive della bobina in fibra sono direttamente correlate al processo di assemblaggio del FOG.

Il test delle prestazioni ottiche serve principalmente a verificare se le prestazioni ottiche della fibra a mantenimento di polarizzazione possono ancora soddisfare i requisiti d'uso di base del FOG dopo essere stata avvolta in una bobina.

Il test OTDR nel test delle prestazioni della fibra ottica, da un lato, rileva i dati relativi alla lunghezza della bobina di fibra e, dall'altro, rileva la presenza di punti di rottura o punti di alta perdita nella bobina di fibra da testare. I punti di interruzione formeranno un picco di riflessione elevato dopo l'illuminazione, che causerà interferenze molto gravi al funzionamento del FOG, che deve essere evitato. Il punto di alta perdita è spesso il punto di stress più grave ed è molto facile che si rompa durante il successivo processo di invecchiamento, e anche questo deve essere eliminato.

Il test di perdita per diafonia a temperatura normale è una versione semplificata del test di perdita per diafonia a temperatura costante, mentre il test di perdita per diafonia a temperatura costante è una versione a basso costo del test di perdita per diafonia a temperatura piena. Il test di perdita di diafonia a temperatura piena serve a verificare le variazioni di diafonia e di perdita della bobina di fibra a temperatura piena. La diafonia è talvolta sostituita dal rapporto di estinzione. È necessario riconoscere che la diafonia è un numero negativo, che si riferisce al rapporto tra l'intensità luminosa sull'asse di polarizzazione secondario e l'intensità luminosa sull'asse di polarizzazione primario della luce emessa. Al contrario, il rapporto di estinzione è un valore positivo, che si riferisce al rapporto tra l'intensità luminosa sull'asse di polarizzazione primario e l'intensità luminosa sull'asse di polarizzazione secondario della luce in uscita. Il significato fisico della diafonia e del rapporto di estinzione è la capacità di mantenere la polarizzazione della bobina di fibra alla luce polarizzata del raggio incidente. In generale, minore è il valore di diafonia, maggiore è il rapporto di estinzione, migliore è la capacità di mantenere la polarizzazione della bobina in fibra, maggiore è il rapporto segnale/rumore del segnale FOG e migliori sono le prestazioni del FOG. Per temperatura piena si intende il test dell'intera temperatura di esercizio della bobina di fibra, per temperatura costante si intende il test a un punto specifico di temperatura e per temperatura normale si intende il test a temperatura ambiente di 25℃.

Questi sono tutti test per le prestazioni ottiche della bobina di fibra. Sebbene queste proprietà ottiche influenzino più o meno il funzionamento del FOG, sono ancora troppo approssimative per giudicare le prestazioni della bobina di fibra nell'applicazione FOG.

L'ispezione delle prestazioni FOG è un test che valuta realmente le prestazioni della bobina in fibra nelle applicazioni FOG. Ogni progetto richiede la fusione della bobina in fibra e del sistema di test della bobina in fibra per formare un FOG temporaneo, quindi vengono applicati vari fattori ambientali al FOG per valutare le prestazioni FOG della bobina in fibra.

Il test zero-bias peak-to-peak è la deriva zero-bi as del FOG a temperatura piena. Da un lato, può produrre il valore zero-bias picco-picco come indice di prestazione della bobina in fibra per valutare le prestazioni FOG della bobina in fibra a temperatura piena. Da un lato, può anche testare la curva di variazione dello zero-bias della bobina in fibra nell'intero intervallo di temperatura di funzionamento per valutare se la bobina in fibra presenta difetti in un determinato punto della temperatura. Attualmente, il valore di zero-bias da picco a picco è l'indice principale per valutare le prestazioni FOG della bobina in fibra.

Il test di sensibilità al campo magnetico è un test per valutare la stabilità di funzionamento della bobina in fibra sotto l'interferenza di un campo magnetico. Durante il test, il campo magnetico applicato alla bobina in fibra deve essere ruotato in modo continuo, quindi l'intervallo della deriva dello zero-bias del FOG viene testato come risultato della sensibilità del campo magnetico. Lo scopo fondamentale è quello di valutare l'influenza del geomagnetismo sul FOG.

Il test di scala/angolo di disallineamento misura la variazione del fattore di scala e dell'angolo di disallineamento alla temperatura completa della bobina in fibra. Il fattore di scala è il valore K descritto in precedenza, mentre l'angolo di disallineamento è l'angolo di deviazione tra l'asse sensibile alla velocità angolare della bobina in fibra e l'asse verticale della superficie di installazione della bobina in fibra. La variazione del fattore di scala e dell'angolo di disallineamento influisce direttamente sulla precisione di misurazione del FOG.

Il test di avvio è relativamente speciale. Misura la deriva massima dello zero-bi causata dall'instabilità termica interna dopo l'avvio del FOG. Questo test simula l'ambiente di campo termico irregolare dopo l'avvio del FOG per la bobina in fibra e quindi verifica la deriva dello zero-bias.

3． Conclusione

Questo è l'attuale schema di test della bobina in fibra. Tuttavia, facendo riferimento alla descrizione di altri parametri del sensore, il test delle bobine in fibra fornisce un valore standard in condizioni di temperatura e pressione normali, nonché l'intervallo di fluttuazione o il coefficiente di correlazione del valore di misurazione influenzato da un singolo fattore. Tuttavia, la maggior parte dei produttori di FOG non esegue una misurazione speciale per le bobine di fibra, ma le installa direttamente sul FOG dopo aver verificato la perdita e il rapporto di estinzione della bobina di fibra, per poi determinare la qualità della bobina di fibra in base alle condizioni di prova del FOG. Se il risultato del test non è buono, sostituire direttamente la bobina in fibra o altri accessori del FOG, quindi condurre il test per determinare la causa del problema di qualità. Per gli utenti della bobina di fibra, questo test consente di risparmiare il costo del test della bobina di fibra e i risultati del test sono più accurati. Tuttavia, per i produttori di FOG, l'assemblaggio del FOG introduce molti fattori non necessari, come la manipolazione delle bobine di fibra, la qualità del punto di fusione e il campo termico del FOG. I problemi di prestazione causati da questi altri fattori di influenza possono essere risolti con un nuovo assemblaggio, ma i risultati causati da questi fattori devono essere sostenuti dalla bobina di fibra, e c'è un certo scollamento tra gli indici di prestazione del FOG testato e la produzione della bobina di fibra, ed è difficile guidare direttamente la produzione della bobina di fibra. Pertanto, per i produttori di bobine in fibra, questo metodo di test non è ottimale. Tuttavia, non è ancora stato creato un processo di test standardizzato per le bobine in fibra ottica. Il test delle bobine in fibra viene ancora eseguito in base alle esigenze dei clienti e gli standard di test delle bobine in fibra sono ancora in fase di esplorazione.