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Debate sobre la prueba de la bobina de fibra

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Debate sobre la prueba de la bobina de fibra

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En 1976, la Universidad de Utah propuso por primera vez los giroscopios de fibra óptica (FOG), marcando el nacimiento de la segunda generación de giroscopios ópticos. Tras 45 años de desarrollo, el tamaño del mercado mundial de los FOG ha alcanzado los 3.800 millones. La bobina de fibra (o "bobina de fibra que mantiene la polarización" o "bobina sensora de fibra") es el elemento sensor central del FOG. Su función es convertir la señal de velocidad angular del movimiento del objeto en la señal de fase óptica y, a continuación, convertir la señal de fase óptica en salida de señal eléctrica a través de otros componentes del FOG. Por lo tanto, se puede decir que la bobina de fibra es el inicio de la señal de detección del FOG, y la calidad de la bobina de fibra determina directamente el límite superior del rendimiento del FOG.

1． Principio del FOG

Qué tipo de bobina de fibra es una buena bobina? Cómo evaluar una bobina de fibra? Estos dos problemas son los problemas que necesitan ser resueltos en la prueba de la bobina de fibra.

En aras del pragmatismo, la evaluación de la bobina de fibra debe partir de su utilidad. En la actualidad, la mayoría de las bobinas de fibra se utilizan en la FOG interferométrica. Su principio fundamental consiste en introducir en la bobina de fibra dos haces de luz procedentes de dos pigtails al mismo tiempo. Debido al efecto Sagnac causado por la rotación de la bobina de fibra en el espacio inercial, un haz de luz saldrá del pigtail opuesto más rápido que el otro. Midiendo la diferencia de tiempo entre los dos haces de luz emitidos por la bobina de fibra, se puede juzgar la velocidad angular de la bobina de fibra en relación con la rotación del espacio inercial.

Dado que la luz es un tipo de onda, la diferencia de tiempo φs también puede expresarse como una diferencia de fase, y su expresión relacional con la velocidad angular Ω de la bobina de fibra es la siguiente:

φ₅ =K Ω+ φ₀

Donde K es el factor de escala de la bobina de fibra, φ₀ es el desplazamiento del cero de la bobina de fibra.

La ley de conversión de señal de la bobina de fibra puede verse a partir de la fórmula anterior. En un estado ideal, si el factor de escala es constante y no hay desplazamiento cero, la relación entre la velocidad angular y la diferencia de fase puede expresarse como una simple relación proporcional positiva; y cuanto mayor sea el factor de escala, mayor será la diferencia de fase causada por la misma velocidad angular de entrada a través de la bobina de fibra, y mayor será el límite superior de resolución teórica del FOG. Sin embargo, en la realidad, el factor de escala y el desfase cero fluctuarán o se desfasarán bajo la influencia de factores ambientales, lo que afectará a la medición final. La prueba de la bobina de fibra necesita medir el grado de cambio de rendimiento de la bobina de fibra afectada por factores ambientales. Determinar si puede cumplir los requisitos del FOG en el entorno de trabajo requerido.

2． Prueba de bobina de fibra

Existen varios tipos de pruebas actuales de bobinas de fibra: inspección de dimensiones generales, inspección de rendimiento óptico e inspección de rendimiento FOG. La inspección de las dimensiones generales incluye la medición del diámetro interior, el diámetro exterior y la altura de la bobina de fibra; la inspección del rendimiento óptico incluye la prueba OTDR, la prueba de pérdida por diafonía a temperatura normal, la prueba de pérdida por diafonía a temperatura constante, la prueba de pérdida por diafonía a plena temperatura; la prueba de rendimiento FOG incluye la prueba de valor pico a pico de polarización cero (o prueba del sistema), la prueba de sensibilidad al campo magnético, la prueba de ángulo de escala/misalineación, la prueba de puesta en marcha.

La inspección de las dimensiones generales tiene por objeto garantizar que las dimensiones generales de la bobina de fibra cumplen la norma, ya que las dimensiones generales de la bobina de fibra están directamente relacionadas con el proceso de montaje del FOG.

La prueba de rendimiento óptico es principalmente para verificar si el rendimiento óptico de la fibra de mantenimiento de la polarización todavía puede cumplir con los requisitos básicos de uso de la FOG después de ser enrollado en una bobina.

La prueba OTDR en la prueba de rendimiento de la fibra óptica, por un lado, detectará los datos de longitud de la bobina de fibra, y por otro lado, detectará si hay puntos de rotura o puntos de alta pérdida en la bobina de fibra que se va a probar. Los puntos de rotura formarán un pico de reflexión alto después del encendido, y el pico de reflexión causará interferencias muy graves en el funcionamiento del FOG, que deben evitarse. El punto de alta pérdida suele ser el punto de tensión más grave y es muy fácil que se fracture durante el proceso de envejecimiento posterior, lo que también debe eliminarse.

La prueba de pérdida por diafonía a temperatura normal es una versión simplificada de la prueba de pérdida por diafonía a temperatura constante, y la prueba de pérdida por diafonía a temperatura constante es una versión de bajo coste de la prueba de pérdida por diafonía a temperatura total. La prueba de pérdida por diafonía a plena temperatura sirve para comprobar la diafonía y los cambios de pérdida de la bobina de fibra a plena temperatura. En ocasiones, la diafonía se sustituye por la relación de extinción. Es necesario reconocer aquí que la diafonía es un número negativo, que se refiere a la relación entre la intensidad luminosa en el eje de polarización secundario y la intensidad luminosa en el eje de polarización primario de la luz emitida. Por el contrario, la relación de extinción es un valor positivo, que se refiere a la relación entre la intensidad luminosa en el eje de polarización primaria y la intensidad luminosa en el eje de polarización secundaria de la luz emitida. El significado físico de la diafonía y la relación de extinción es la capacidad de mantenimiento de la polarización de la bobina de fibra a la luz polarizada de rayo incidente. En general, cuanto menor sea el valor de diafonía, mayor será la relación de extinción, mejor será la capacidad de mantenimiento de la polarización de la bobina de fibra, mayor será la relación señal/ruido de la señal FOG y mejor será el rendimiento del FOG. La temperatura total se refiere a la prueba de toda la temperatura de trabajo de la bobina de fibra, la temperatura constante se refiere a la prueba en un punto de temperatura específico, y la temperatura normal se refiere a la prueba a temperatura ambiente de 25℃.

Todo lo anterior son pruebas para el rendimiento óptico de la bobina de fibra. Aunque estas propiedades ópticas afectarán más o menos el funcionamiento del FOG, todavía es demasiado aproximado para juzgar el rendimiento de la bobina de fibra en la aplicación FOG.

La inspección del rendimiento FOG es una prueba que evalúa realmente el rendimiento de la bobina de fibra en aplicaciones FOG. Cada uno de sus proyectos requiere la fusión de la bobina de fibra y el sistema de prueba de la bobina de fibra para formar un FOG temporal y, a continuación, se aplican diversos factores ambientales al FOG para evaluar el rendimiento FOG de la bobina de fibra.

La prueba de polarización cero pico a pico es la polarización cero como deriva del FOG a plena temperatura. Por un lado, puede dar salida al valor pico a pico de polarización cero como índice de rendimiento de la bobina de fibra para evaluar el rendimiento FOG de la bobina de fibra a plena temperatura. Por otro lado, también puede comprobar la curva de cambio de polarización cero de la bobina de fibra en todo el intervalo de temperatura de funcionamiento para evaluar si la bobina de fibra presenta defectos en un determinado punto de temperatura. En la actualidad, el valor pico a pico de polarización cero es el principal índice para evaluar el rendimiento FOG de la bobina de fibra.

La prueba de sensibilidad al campo magnético es una prueba para evaluar la estabilidad de funcionamiento de la bobina de fibra bajo la interferencia de un campo magnético. Durante la prueba, el campo magnético aplicado a la bobina de fibra debe girar continuamente y, a continuación, se comprueba el rango de la deriva de polarización cero del FOG como resultado de la sensibilidad al campo magnético. Su propósito fundamental es juzgar cuánto afectará el geomagnetismo al FOG.

La prueba de escala/ángulo de desalineación mide el cambio del factor de escala y el ángulo de desalineación a la temperatura total de la bobina de fibra. El factor de escala es el valor K descrito anteriormente, y el ángulo de desalineación es el ángulo de desviación entre el eje sensible a la velocidad angular de la bobina de fibra y el eje vertical de la superficie de instalación de la bobina de fibra. El cambio del factor de escala y del ángulo de desalineación afectará directamente a la precisión de medición del FOG.

La prueba de arranque es relativamente especial. Mide la deriva máxima de cero-bi causada por la inestabilidad térmica interna después de arrancar el FOG. Esta prueba simulará el entorno de campo térmico desigual después de la puesta en marcha del FOG para la bobina de fibra, y luego probará la deriva del sesgo cero.

3． Conclusión

Lo anterior es el esquema actual de prueba de la bobina de fibra. Sin embargo, en referencia a la descripción de otros parámetros del sensor, la prueba de la sala de bobinas de fibra proporciona un valor estándar bajo temperatura y presión normales, así como el rango de fluctuación o coeficiente de correlación del valor de medición afectado por un solo factor. Sin embargo, la mayoría de los fabricantes de FOG no realizan una medición especial para las bobinas de fibra, sino que las instalan directamente en el FOG después de verificar la relación de pérdida y extinción de la bobina de fibra, y luego determinan la calidad de la bobina de fibra basándose en las condiciones de prueba del FOG. Si el resultado de la prueba no es bueno, reemplace directamente la bobina de fibra u otros accesorios del FOG, y luego realice la prueba para determinar la causa del problema de calidad. Para los usuarios de la bobina de fibra, esta prueba ahorra el costo de la prueba de la bobina de fibra, y los resultados de la prueba son más precisos. Sin embargo, para los fabricantes de FOG, el montaje del FOG introduce muchos factores innecesarios, como la manipulación de los pigtails de la bobina de fibra, la calidad del punto de fusión y el campo térmico del FOG. Los problemas de rendimiento causados por estos otros factores de influencia pueden resolverse reensamblando una vez, pero los resultados causados por ellos tienen que ser soportados por la bobina de fibra, y hay una cierta desconexión entre los índices de rendimiento del FOG probados y la producción de la bobina de fibra, y es difícil guiar directamente la producción de la bobina de fibra. Por lo tanto, para los fabricantes de bobinas de fibra, este método de prueba no es óptimo. Sin embargo, aún no se ha formado un proceso estandarizado de prueba de bobinas de fibra óptica. La prueba de las bobinas de fibra se sigue llevando a cabo según las necesidades del cliente, y las normas de prueba de las bobinas de fibra se encuentran todavía en la fase de tanteo y exploración.