ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА С ПОМОЩЬЮ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ www.srjournal.ru

Румянцев В. Л. Измерение параметров волоконно-оптического гироскопа с помощью автоматизированной системы контроля / В. Л. Румянцев. - Текст : электронный // Научное обозрение. Международный научно-практический журнал. - 2020. - №4. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 Мгц; 128 Мб; 10 Мб; Windows XP/Vista/7/8/10; Acrobat 6 x.

ISSN: 2500-4212. Свидетельство о регистрации СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 67083 от 15.09.2016 Научное обозрение. Раздел II. Наука и практика. 2020. № 4. ID 264

Румянцев Василий Леонидович

начальник КБ, ООО «Арзамасское приборостроительное конструкторское бюро»; аспирант, кафедра «Авиационные приборы и устройства», научное направление «Фотоника, приборостроение, оптические и биотехнические приборы и технологии», Арзамасский политехнический институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, г. Арзамас, Нижегородская область

Ыасв. гит93@^ай. сот

УДК 681.5

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА С ПОМОЩЬЮ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

КОНТРОЛЯ

В статье рассмотрены особенности контроля волоконно-оптического гироскопа автоматизированной системой контроля его параметров. Приведена методика испытаний системы.

Ключевые слова: волоконно-оптический гироскоп, автоматизированная система контроля, методика испытаний, программное обеспечение.

Автоматизация контроля и испытаний измерительной техники является перманентно актуальной задачей, т. к. позволяет значительно ускорить процесс совершенствования изделия и снизить издержки на всех этапах его жизненного цикла [1, 2].

Разработанная на предприятии ООО «Арзамасское приборостроительное конструкторское бюро» (АПКБ) автоматизированная система контроля (АСК) параметров волоконно-оптического гироскопа (ВОГ), также являющегося разработкой АПКБ [3], обладает следующими возможностями. Во-первых, она позволяет настраивать программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) для гироскопа. Во-вторых, в ней заложена возможность корректировки коэффициентов передачи с целью уменьшения влияния технологической погрешности при сборке - на всех этапах отработки макетных образцов. Тем самым нивелируется температурная погрешность при работе на максимально возможном токе потребления изделия.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ www.srjournal.ru

Румянцев В. Л. Измерение параметров волоконно-оптического гироскопа с помощью автоматизированной системы контроля / В. Л. Румянцев. - Текст : электронный // Научное обозрение. Международный научно-практический журнал. - 2020. - №4. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 Мгц; 128 Мб; 10 Мб; Windows XP/Vista/7/8/10; Acrobat 6 x.

ISSN: 2500-4212. Свидетельство о регистрации СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 67083 от 15.09.2016 Научное обозрение. Раздел II. Наука и практика. 2020. № 4. ID 264

Структурная схема АСК представлена на рисунке 1. В состав АСК входит разработанная измерительная поворотная платформа (ИПП) на базе моментного двигателя (RSMR-T-24-145-25) и серво-контроллера (Kollmorgen).

Первой операцией при работе с АСК является проверка самой поворотной платформы с целью подтверждения уровня стабильности заданной угловой скорости. Проверка проходит в 3 стадии:

1. Контроль отклонения скорости ±18 град/с.

2. Контроль отклонения скорости ±150 град/с.

3. Контроль отклонения скорости ±300 град/с.

Рис. 1. Структурная схема АСК

В таблице 1 отражены типовые результаты начальной проверки самой АСК, которые свидетельствуют о высоком качестве работы АСК и заложенном в нее потенциале.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ www.srjournal.ru

Румянцев В. Л. Измерение параметров волоконно-оптического гироскопа с помощью автоматизированной системы контроля / В. Л. Румянцев. - Текст : электронный // Научное обозрение. Международный научно-практический журнал. - 2020. - №4. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 Мгц; 128 Мб; 10 Мб; Windows XP/Vista/7/8/10; Acrobat 6 x.

ISSN: 2500-4212. Свидетельство о регистрации СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 67083 от 15.09.2016 Научное обозрение. Раздел II. Наука и практика. 2020. № 4. ID 264

Таблица 1. Протокол проверки АСК

Угловая Среднее значение угловой Отклонение, % Значение по ТУ, %

скорость, град/с скорости, град/с

18 18,000 0,00125

-18 18,001 0,00360 не более 1%

150 149,995 0,00334

-150 149,980 0,01333

300 300,125 0,04167 не более 1%

-300 300,010 0,00334

С целью подтверждения характеристик ВОГ была разработана методика испытаний на АСК, в которой для оценки параметров применен статистический подход.

1. Проверка времени готовности:

- платформа поворотной установки приводится во вращение со скоростью (10...30) °/с, начинается регистрация выходного сигнала гироскопа и тока потребления со временем усреднения единичного отсчета 0,01 с;

- через (2 ... 3) с включается питание гироскопа;

- в течение пяти секунд регистрируется выходной сигнал;

- по полученным временным зависимостям определяется время включения как интервал между моментом включения (установления) питания и моментом достижения выходным сигналом уровня ивых с отклонением ±10%, где ивых = КО, К - масштабный коэффициент гироскопа, О - скорость вращения.

2. Определение нелинейности масштабного коэффициента (МК) при постоянной температуре. Проводится вычислением по значениям масштабного коэффициента, полученным с односекундным усреднением на скоростях в диапазоне ± 350 °/с с шагом 10 °/с, измеренным при постоянной температуре в диапазоне (+20 ± 5) °С, при этом изменение температуры не должно превышать ± 1 °С.

3. Определение нестабильности сдвига нуля (дрейф гироскопа) при

постоянной температуре. Нестабильность дрейфа оценивается среднеквадратическим отклонением (СКО), вычисленным по значениям выходного сигнала неподвижного гироскопа с секундным временем усреднения каждого отсчета при фиксированной температуре (+20 ± 1) °С; при этом общее время измерения составляет 15 мин.

4. Определение диапазона угловых скоростей и нелинейности выходного сигнала проводится при скорости вращения гироскопа ± 300 °/с с временем усреднения единичного отсчёта 0,1 с; общее время измерения (5.10) с. Для этого измеряется коэффициент пропорциональности между скоростью

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ www.srjournal.ru

Румянцев В. Л. Измерение параметров волоконно-оптического гироскопа с помощью автоматизированной системы контроля / В. Л. Румянцев. - Текст : электронный // Научное обозрение. Международный научно-практический журнал. - 2020. - №4. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 Мгц; 128 Мб; 10 Мб; Windows XP/Vista/7/8/10; Acrobat 6 x.

ISSN: 2500-4212. Свидетельство о регистрации СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 67083 от 15.09.2016 Научное обозрение. Раздел II. Наука и практика. 2020. № 4. ID 264

вращения датчика и его выходным напряжением при вращении датчика вокруг его оси чувствительности (в обе стороны). Полученные величины сравниваются со значением МК, измеренным при проведении п. 2 при температуре (+20 ± 1) °С. Коэффициент пропорциональности между максимальной измеряемой скоростью вращения датчика и его выходным напряжением не должен отличаться от величины МК более, чем на 4 %.

Разработанное программное обеспечение АСК позволяет реализовать вышеприведенную методику и сформировать протоколы испытаний в формате *.Х1Б.

Результаты контроля параметров ВОГ с помощью АСК представлены на рисунках 2-5.

Тз - время загрузки конфигурации ПЛИС из ПЗУ (прибл 30 мс). Туст • время установления выходного напряжения ВОГ (15 мс).

Рис. 2. Оценка времени готовности гироскопа

Время готовности гироскопа составило 45 мс. Его возможно уменьшить путем использования ПЛИС с уже подгруженной конфигурацией.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ www.srjournal.ru

Румянцев В. Л. Измерение параметров волоконно-оптического гироскопа с помощью автоматизированной системы контроля / В. Л. Румянцев. - Текст : электронный // Научное обозрение. Международный научно-практический журнал. - 2020. - №4. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 Мгц; 128 Мб; 10 Мб; Windows XP/Vista/7/8/10; Acrobat 6 x.

ISSN: 2500-4212. Свидетельство о регистрации СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 67083 от 15.09.2016 Научное обозрение. Раздел II. Наука и практика. 2020. № 4. ID 264

Рис. 3. Оценка диапазона измерения датчика

Иллюстрация оценки нелинейности масштабного коэффициента представлена на рисунке 4.

и о m

л

т о

о н

«

е н и л е

К

Нелинейность МК ВОГ в диапазоне ± 400 о/с

0,2 0,15 0,1 0,05 0

-0,05 -0,1 -0,15 -0,2

ооооооооооооо or-v^iHooLnrNaiiDmor-v^

_ооооооооооо

Угловая скорость, о/с

Рис. 4. Нелинейность масштабного коэффициента ВОГ

- 5 -

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ www.srjournal.ru

Румянцев В. Л. Измерение параметров волоконно-оптического гироскопа с помощью автоматизированной системы контроля / В. Л. Румянцев. - Текст : электронный // Научное обозрение. Международный научно-практический журнал. - 2020. - №4. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 Мгц; 128 Мб; 10 Мб; Windows XP/Vista/7/8/10; Acrobat 6 x.

ISSN: 2500-4212. Свидетельство о регистрации СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 67083 от 15.09.2016 Научное обозрение. Раздел II. Наука и практика. 2020. № 4. ID 264

Как видно из графика, максимальное отклонение МК в рабочем диапазоне наблюдается при угловой скорости от минус 10 °/с до плюс 10 °/с и составляет не более 0,2 %.

На рисунке 5 представлена иллюстрация оценки дрейфа гироскопа.

Or«p»iTe Алл»» 1 1 УГЛОМ» СОРССТЬ. гр.\Д С ¿ч^ГГИТ, да ®М ewp ICHNK"M ®nv evp IrCH evp

rapevitp* -SC.375 241ТЭ,*

Средгие s»a«*i»i*s •1-48.30M3 23727,»S-ii* 7

Ста-дарт»с* опяояепие : 626 (СКО) 0,9*1 37,468 lo

ели 00087 0,0tS6 3,6241 0

t-1---

таблица и шкапа в град/час

Рис. 5. Дрейф гироскопа

Как видно из рисунка, уходы проекции угловой проекции скорости Земли (12,6 °/с) за время измерения 15 минут не зафиксированы. Максимальное отклонение составило 4 °/с.

Общее время проведения исследований с подключением гироскопа составляет 30 мин, что значительно меньше времени проверки гироскопа «вручную», без использования АСК.

Выводы

Проверка параметров ВОГ на АСК показывает приемлемые характеристики ВОГ, удовлетворяющие требованиям технических условий, а в отношении АСК -значительные преимущества избранного метода контроля. Кроме того, данная АСК имеет возможность добавления нового функционала, в том числе: формирование отчета по испытаниям в соответствии с ГОСТ, проведение дополнительных проверок (снятие амплитудно-фазовой частотной характеристики, оценка спектральной плотности шумовой составляющей

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ www.srjournal.ru

Румянцев В. Л. Измерение параметров волоконно-оптического гироскопа с помощью автоматизированной системы контроля / В. Л. Румянцев. - Текст : электронный // Научное обозрение. Международный научно-практический журнал. - 2020. - №4. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 Мгц; 128 Мб; 10 Мб; Windows XP/Vista/7/8/10; Acrobat 6 x.

ISSN: 2500-4212. Свидетельство о регистрации СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 67083 от 15.09.2016 Научное обозрение. Раздел II. Наука и практика. 2020. № 4. ID 264

выходного сигнала). Дополнительные функции АСК: исключает влияние человеческого фактора и защищает проверяемые данные от коррекции оператором. Таким образом, можно сделать вывод о техническом и коммерческом преимуществе АСК.

Список использованных источников

1. Меньшиков Е. Ю., Липатов Р. В. Автоматизация процессов испытаний // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2014. №. 10. С. 335-336.

2. Белов А. В., Гавриченков А. Е. Проектирование автоматизированной системы контроля качества лазерных гироскопов // Качество. Инновации. Образование. 2013. № 10. С. 50-55.

3. Разработки ООО «АПКБ»: волоконно-оптический гироскоп // Социум : сайт компании. иЯЬ: https://www.socium-a.ru/news/article/razrabotki--ooo-apkb-volokonno-opticheskiy-girosko-18739 (дата обращения: 02.09.2020).

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ www.srjournal.ru

Румянцев В. Л. Измерение параметров волоконно-оптического гироскопа с помощью автоматизированной системы контроля / В. Л. Румянцев. - Текст : электронный // Научное обозрение. Международный научно-практический журнал. - 2020. - №4. - 1 электрон. опт. диск ^D-ROM). Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 Мгц; 128 Мб; 10 Мб; Windows XP/Vista/7/8/10; Acrobat 6 x.

ISSN: 2500-4212. Свидетельство о регистрации СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 67083 от 15.09.2016 Научное обозрение. Раздел II. Наука и практика. 2020. № 4. ID 264

Rumyantsev Vasily

head of the design Bureau, Arzamas instrument-making design Bureau LLC; postgraduate student, Department Aeronautical devices and units, scientific direction "Photonics, instrument-making, optical and biotechnical devices and technologies", Arzamas Polytechnic Institute (branch), R. E. Alekseev Nizhny Novgorod state technical University, Arzamas, Nizhny Novgorod region

MEASUREMENT OF FIBER-OPTIC GYROSCOPE PARAMETERS THROUGH THE AUTOMATED CONTROL SYSTEM

The article considers the features of parameter controlling of a fiber-optic gyroscope through an automated control system. The testing procedure for the system is given.

Keywords: fiber-optic gyroscope, automated control system, test procedure, software.

© АНО СНОЛД «Партнёр», 2020 © Румянцев В. Л., 2020

Учредитель и издатель журнала:

E-mail: [email protected]

О журнале

S Журнал имеет государственную регистрацию СМИ и ему присвоен международный стандартный серийный номер ISSN.

S Материалы журнала включаются в библиографическую базу данных научных публикаций российских учёных Российский индекс научного цитирования (РИНЦ).

S Журнал является официальным изданием. Ссылки на него учитываются так же, как и на печатный труд.

S Редакция осуществляет рецензирование всех поступающих материалов, соответствующих

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ www.srjournal.ru

Румянцев В. Л. Измерение параметров волоконно-оптического гироскопа с помощью автоматизированной системы контроля / В. Л. Румянцев. - Текст : электронный // Научное обозрение. Международный научно-практический журнал. - 2020. - №4. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 Мгц; 128 Мб; 10 Мб; Windows XP/Vista/7/8/10; Acrobat 6 x.

ISSN: 2500-4212. Свидетельство о регистрации СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 67083 от 15.09.2016 Научное обозрение. Раздел II. Наука и практика. 2020. № 4. ID 264

тематике издания, с целью их экспертной оценки.

^ Журнал выходит на компакт-дисках. Обязательный экземпляр каждого выпуска проходит регистрацию в Научно-техническом центре «Информрегистр».

^ Журнал находится в свободном доступе в сети Интернет по адресу: www.srjournal.ru. Пользователи могут бесплатно читать, загружать, копировать, распространять, использовать в образовательном процессе все статьи.

Прием заявок на публикацию статей и текстов статей, оплата статей осуществляется через функционал Личного кабинета сайта издательства "Партнёр" (www.anopartner.ru) и не требует посещения офиса.