Диссертация (1090397), страница 9
Текст из файла (страница 9)
А при подборе пьезокорректоров оптимальнойконструкции для конкретных КЛ получается достаточный запас величинперемещения зеркала длянадежной компенсации изменения периметрарезонатора, обусловленного температурным расширением материала моноблока[62].Таким образом, данная методика позволяетпроизводить распределениерезонаторов КЛ для зеемановских ЛГ по времени непрерывной работы водномодовом режиме без потери точности для различных применений.3.4Оптимизация режима работы зеемановского лазерного датчикавращения для увеличения времени непрерывной работы в одномодовом режимеРабота пьезокорректора определяется подаваемым на него рабочимнапряжением, максимальная величина которого составляет 200 В. Напряжение в100Всоответствуетсерединединамическогодиапазонаперемещенияпьезокерамики. При нагреве прибора происходит расширение резонатора КЛ икак следствие линейное удлинение периметра.
Напряжение на пьезокорректоревозрастает и, воздействуя на пьезокерамические элементы, двигает зеркалонавстречу расширяющемуся периметру, компенсируя его линейное удлинение,как показано на рисунке 3.9 [37]. При охлаждении происходит противоположнаяситуация.Поскольку прибор работает в широком диапазоне рабочих температур отминус 55°С до 75°С из-за нелинейности ТКЛР ситалла, может происходить какрасширение, так и сжатие резонатора. Начальное напряжение на пьезокерамикедля рабочей моды выбирается ближе к середине динамического диапазона66пьезоблоков (к 100В).
Поэтому реально изменение управляющего напряжения длявоздействия на пьезоблоки не должно превышать 100 В.Рисунок 3.9 – Принцип работы пьезокорректора при воздействии на негоуправляющего напряжения67На рисунке 3.9 видна зависимость деформации пьезокерамическогоэлемента от подаваемого на него управляющего напряжения. При напряжении в100. В деформация отсутствует, при напряжении, превышающем 100 В,пьезокерамика вогнута, а при напряжении меньшем 100 В выгнута.Оптимальной работы ЗЛК можно добиться, правильно выбрав рабочуюмоду. Для повышения точности измерения выбирается мода с наименьшейвеличиной захвата и максимальным смещением нуля (чем больше начальноесмещение нуля, тем дальше находится начальная точка измерения от зонызахвата).
Не менее важен выбор начального управляющего напряжения напьезокерамике для данной рабочей моды.Рабочей моде может соответствовать несколько значений начальногонапряжения в диапазоне от 0 до 200 В, отличаясь на Uλ – коэффициента передачипьезокорректора, В/. Коэффициент В/ соответствует напряжению, котороенужно подать на пьезокорректор, чтобы изменить длину волны генерируемогоизлучения на .На практике редко удается выбрать начальное напряжение для всех рабочихтемператур, близкое к 100 В. Экспериментально было установлено, чтооптимальная величина начального напряжения находится в диапазоне от 50 до100 В, что соответствует выгнутому положению пьезокерамики. Это связано стем, что в таком положении требуется меньшее управляющее напряжение длядеформации пьезоэлементов и компенсации теплового расширения резонатораЗЛК.Во время проведения климатических испытаний датчиков имеетсявозможность выставлять различные значения напряжения предустановки дляодной и той же рабочей моды, измеряя его изменение во время работы.
Имеяданные об изменении напряжения на пьезокерамике за время работы в различныхклиматическихусловиях,можновыбратьоптимальноенапряжениепредустановки, которое обеспечит максимальное время непрерывной работыдатчика в одномодовом режиме без потери точности. Для каждого датчика68выбирается свое напряжение предустановки, в среднем же эта величинасоставляет 70 В.3.5Программаобработкивыходныххарактеристикзеемановскихлазерных датчиков вращения, работающих в одномодовом режимеПрограмма «Omode.exe» разработана автором диссертационной работы,которая является одной из частей программного комплекса съема и обработкиданных климатических испытаний зеемановских лазерных датчиков типа ЭК104С[65].Основнойзадачейпрограммыявляетсяанализвыходныххарактеристик ЗЛК, полученных в результате климатического испытания, ипроверки их на соответствие предъявляемым требованиям. В результате работыпрограммы формируется результат о проведенном испытании в виде отчета.Программа «Omode.exe» выполняет следующие функции: изменениепараметров обработки данных и визуализация полученных результатов.В главном окне программы, представленном на рисунке 3.10, находитсяфункциональное меню и меню управления вкладками.
Функциональное менюслужит для настройки параметров обработки информации и анализе полученныхрезультатов. Вкладки программы позволяют переключаться между графическимииллюстрациями считанной информации.Функциональное меню программы состоит из следующих элементов:1.Вызов диалогового окна с выбором файла, созданного в результатепроведения испытания ЛГ;2.Вызов окна с «корректировкой» аппроксимирующей функции;3.Вызов окна с настройками обработки информации, полученной в ходеиспытания;4.Вызов информационного окна для просмотра результатов испытаний ЛГ ввиде отчета.Окна «настройки программы» необходимо для изменения параметровпервичной обработки данных.69Вызов диалогового окна с выбором файла, созданного врезультате проведения испытания ЛГ.Вызов окна с «корректировкой» аппроксимирующей функцииВызов окна с «настройками» обработки информации, полученнойв ходе испытания.Вызов информационного окна для просмотра результатовиспытаний лазерного гироскопа.Рисунок 3.10 – Главное окно программы «Omode.exe» и элементыфункционального меню70Программа имеет меню управления графическими вкладками.
Управлениеотображением вкладок осуществляется нажатиями левой кнопкой мыши нанеобходимую вкладку.Во вкладке «смещение» отображаются графики смещения нуля ЗЛК,смещения нуля с учетом дополнительного усреднения, которое задается в окне«настройки»вполе«кратностьаппроксимирующие функции длядополнительногоусреднения»исмещения нуля [66]. Аппроксимирующаяфункция представляет собой сумму экспоненты и линейной зависимости и имеетследующий вид [65]:()(3.2)– коэффициенты аппроксимирующей функции смещения нуля, º/ч;– время работы прибора, сек;tau–коэффициентиздиапазонаот1до10000характеризующийэкспоненциальную зависимость смещения нуля от времени, сек.Здесь температурная зависимость дрейфа нуля заменена на временную.
Длязеемановского лазерного датчика вращения такое приближение оказываетсяправомерным. Практика показала, что приведенная аппроксимирующая формула(3.2) довольно успешно применяется для коррекции смещения нуля в приборе.Во вкладке «подставка» отображаются графики изменения частотыподставки без и с учетом дополнительного усреднения, которое задается в окне«настройки» в поле «кратность дополнительного усреднения».Вкладка «температура» служит для отображения данных о температуреприбора, получаемых с термодатчика, установленная на корпусе ЗЛК.Во вкладке «напряжение» отображаются графики изменения напряжения напьезокерамике относительно начального значения, а так же напряжение напьезокерамике с учетом дополнительного усреднения, которое задается в окне«настройки» в поле «кратность дополнительного усреднения» и графикиаппроксимирующей функции для изменения напряжения на пьезокерамике сучетом дополнительного усреднения и без него.
Аппроксимация изменения71напряжения на пьезокерамике применяется для прогнозирования временинепрерывной работы зеемановского лазерного датчика вращения в одномодовомрежиме.3.6Прогнозированиевременинепрерывнойработыдатчикаводномодовом режимеСтандартное климатическое испытание одного зеемановского лазерногодатчика вращения [65] включает в себя несколько циклов продолжительностью 1час: четыре испытания в НКУ, два при -55°С и два при 75°С [65]. Общее время,затрачиваемое на проведение температурных циклов, не считая выхода датчикана рабочий режим, составляет 8 часов.
Для определения времени непрерывнойработы датчика в одномодовом режиме используются данные по изменениюнапряжения на пьезокерамике, величина которого ограничена максимальнымнапряжением, которое можно подать на пьезодвигатели, и выбором напряженияпредустановки.Исходяизэтихограничений,максимальноеизменениенапряжения не должно превышать 50 В во всем диапазоне рабочих температурза определенный период времени работы. Другими словами время работыприбора ограничено изменением напряжения, подаваемого на пьезоприводы дляотработки тепловых деформаций резонатора ЗЛК.Для точного определения времени непрерывной работыЗЛК водномодовом режиме необходимо увеличивать продолжительность каждогоклиматического испытания от 2 до 4 часов. Это пропорционально увеличиваетсуммарное время проведения испытаний, что в условиях серийного выпускаприборов может существенно затормозить технологический процесс.Оптимальным решением в данной ситуации является использованиеаппроксимации полученных в результате испытаний данных об изменениинапряжения на пьезокерамике за 1 час непрерывной работы с последующимпрогнозированием полученной зависимости.
Данное действие осуществляетсяпрограммой обработки «Omode.exe» во вкладке «напряжение», в которой по72экспериментальным точкам строится аппроксимирующая функция, и по нейдается прогноз изменения напряжения на пьезокерамике за 2 и 4 часанепрерывной работы датчика.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
