CC BY
25
Babichenko Andrey Viktorovich, doctor of technical sciences, professor, director, ababichenkoarpkb. ru, Russia, Ramenskoye, JSC «Ramenskoe Design Company»
Sukhomlinov Aleksey Borisovich, leading engineer, asuhomlinova rpkb.ru, Russia, Ramenskoye, JSC «Ramenskoe Design Company»
Shevadronov Alexander Sergeevich, research engineer, ashevadronovarpkb.ru, Russia, Ramenskoye, JSC «Ramenskoe Design Company»
Babichenko Anastasia Andreyevna, engineer, bahichenko aabk. ru, Russia, Moscow, JSC «Central Research Institute of Automation and Hydraulics»
Vorobyev Aleksandr Anatolyevich, laboratory assistant, avorobievarpkb.ru, Russia, Ramenskoye, JSC «Ramenskoe Design Company»
Elesin Ilya Alekseevich, laboratory assistant, ielesina rpkb.ru, Russia, Ramenskoye, JSC «Ramenskoe Design Company»,
Kozhin Vladislav Romanovich, laboratory assistant, vkozhinarpkb. ru, Russia, Ramenskoye, JSC «Ramenskoe Design Company»
Tektov Matvey Viktorovich, laboratory assistant, mtektovarpkb.ru, Russia, Ramenskoye, JSC «Ramenskoe Design Company»
УДК 629.7.054.07
РЕСУРСНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЗЕЕМАНОВСКИХ ЛАЗЕРНЫХ ДАТЧИКОВ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ
В. Д. Голубев, Н.Е. Мерзликина, А.О. Синельников, М.Е. Грушин, Е.В. Сухов
Рассмотрена новая конструкция катодного узла зеемановского лазерного датчика угловой скорости, исследован ее ресурс. Предложена оптимизированная методика ускоренных испытаний зеемановских лазерных датчиков угловой скорости на ресурс. Представлены предварительные результаты ресурсных испытаний. Приведена оценка стабильности основных выходных параметров зеемановских лазерных датчиков угловой скорости в процессе длительной работы.
Ключевые слова: лазерный гироскоп, зеемановский лазерный датчик вращения, методика испытаний, ресурс.
Постановка задачи. В связи с постоянным ростом требований разработчиков навигационных систем к зеемановским лазерным гироскопам (ЗЛГ) [1] и расширением областей их применения происходит активное развитие технологии производства в части модернизации конструкции как самого гироскопа, так и его чувствительных элементов - зеемановских датчиков угловых скоростей (ДУС).
Одной из таких модернизаций являются внедрение технологии внутрирезонаторного окисления катодов и применение сплава на основе алюминия в качестве материала для изготовления катода [2], в результате чего ожидаются повышение надежности и значительное увеличение ресурса зеемановских лазерных ДУС и гироскопов на их основе.
В связи с этим одной из актуальных задач является определение реального ресурса работы новой модификации зеемановских лазерных ДУС и электронных блоков ЛГ. Однако для достижения результата в случае использования действующей на сегодняшний день методики испытаний датчиков на ресурс необходимы существенные временные затраты, что весьма затруднительно в рамках серийного производства.
Целью данной работы является разработка новой методики ресурсных испытаний, которая позволит значительно сократить время испытаний и оценить ресурс электронных блоков ЗЛГ.
Ресурсные испытания зеемановских лазерных ДУС. Утвержденная на сегодняшний день методика определения ресурса зеемановских датчиков имеет ряд существенных недостатков. Оборудование, которое задействовано в проведении испытаний, накладывает существенные временные ограничения, обусловленные наличием перегрева, а также требует постоянного ручного управления процессом и регулярного присутствия оператора на рабочем месте.
Для ликвидации выявленных недостатков была спроектирована и собрана экспериментальная установка для проведения ресурсных испытаний, представленная на рис. 1. Установка включает в себя персональный компьютер (ПК), прибор контрольно-испытательный ПКИ-8Т, являющийся лабораторным аналогом системы жизнеобеспечения трехосного ЗЛГ, устройство обмена данных (УОД-М) и камеру тепла и холода (КТХ). Управление процессом полностью обеспечивается ПК с помощью специально разработанного программного обеспечения (ПО), позволяющего регулировать климатический режим КТХ, режим работы зеемановских ДУС, параметры съёма и сохранения данных. Оператор устанавливает датчики в КТХ и подключает их к прибору ПКИ-8Т, задает время начала испытаний и их продолжительность.
Отсутствие перегрева всех компонентов экспериментальной установки обеспечивает круглосуточной режим работы, что снимает временные ограничения и исключает необходимость регулярного присутствия оператора на рабочем месте. Установка позволяет проводить непрерывные испытания трех датчиков одновременно в отличие от попеременного подключения датчиков в рамках существующей на сегодняшней день методики. В табл. 1 приводится сравнительный анализ эффективности предложенной и существующей методик.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки
Таким образом, по действующей методике в идеальных условиях, исключающих человеческий фактор, наработка двух датчиков на ресурс в 1000 часов осуществима за 250 рабочих дней. Предложенная методика непрерывных испытаний позволяет провести равную наработку 1000 часов для трех датчиков за 42 календарных дня.
Таблица 1
Сравнение методик ресурсных испытаний
———_____Методика Параметр —— Существующая Предложенная
Количество одновременно испытуемых датчиков 1 3
Тип включения Попеременный Параллельный
Количество часов наработки на датчик за 1 день 4 24
Суммарная наработка в установке за 1 день 8* 72
Возможность программирования Отсутствует Присутствует
Присутствие оператора Необходимо каждые 2 часа Произвольно
Максимальная длительность реализации 8 часов Не ограничена
*Примечание: максимальная наработка по существующей методике в количестве 8 часов возможна при использовании двух датчиков в рамках одного исследования на одном рабочем месте.
В реальных условиях два датчика ЗЛГ модернизированной конструкции, составляющие экспериментальную базу данной работы, по действующей методике за год достигли 1000 часов наработки в рамках типовых испытаний. По предлагаемой методике следующие 2000 часов наработки с учетом разработки и пусконаладочных работ новой экспериментальной установки приборы достигли за 5 месяцев, при этом дополнительно был подтвержден ресурс работы электронных блоков ЗЛГ.
Контроль выходных параметров зеемановских лазерных ДУС в процессе ресурсных испытаний. Известно, что при длительном горении тлеющего разряда в кольцевом Ш-№-лазере (КЛ) возможно разложение окисной пленки катода, приводящее к снижению концентрации № и усилению рабочей смеси. Поэтому проверка ресурса катода осуществлялась по уменьшению концентрации неона и давления рабочей смеси при горении разряда в Ш-№-смеси при рабочих токах разряда. Также проводилась регистрация напряжения горения разряда, амплитуды частотной поставки и выходных сигналов вращения. Результаты представлены в табл. 2.
Таблица 2
Основные параметры исследуемых зеемановских ДУС
Наименование параметра До испытаний 500 ч 1500 ч 3000 ч
Напряжение горения 628 629 630 628
Амплитуда частотной подставки 69,44 69,57 69,67 69,25
Сигналы вращения 1,7/1,7 1,8/1,8 1,8/1,8 1,65/1,7
Помимо этого, на основе проведенных ранее исследований [3], в рамках данной работы принимались дополнительные методы контроля параметров зеемановских ДУС, позволяющие определить наличие снижения концентрации № по искажению линейной зависимости амплитуды частотной подставки датчика от температуры рабочей газовой смеси. Вид зависимости, полученной после 3000 часов наработки одного из экспериментальных приборов, представлен на рис. 2.
Полученная зависимость амплитуды частотной подставки от температуры близка к линейной, что говорит о стабильности концентрации № и окисной пленки катода после наработки более 3000 часов, что подтверждается результатами спектрального анализа [4], представленными в табл. 3.
Таблица 3
Соотношение Не к №е в рабочей смеси зеемановского ДУС
Начало испытаний 3000 ч испытаний
17,5:1 ±0,3 17,1:1 ±0,3
Рис. 2. Зависимость амплитуды частотной подставки зеемановского
ДУС от температуры
Выводы. По итогам представленной работы создана методика ускоренных испытаний ресурса зеемановских ДУС и электронных блоков ЗЛГ. Собрана экспериментальная установка для проведения испытаний и получены следующие основные результаты.
1. Увеличено КПД методики ресурсных испытаний в 9 раз в сравнении существующей (72 часа наработки в день по сравнению с 8).
2. Обеспечены максимально возможная степень автоматизации испытаний и их длительность, исключающие регулярное присутствие оператора на рабочем месте.
3. Обеспечена возможность проверки электронных блоков ЗЛГ.
Это позволяет исследовать длительную автономную работу зеемановских ДУС и электронные блоки ЗЛГ, что, в свою очередь, представляет интерес с точки зрения дальнейшего расширения областей их применения.
Список литературы
1. Азарова В. В., Голяев Ю. Д., Савельев И.И. Зеемановские лазерные гироскопы // Квантовая электроника. 2015. Т. 45. №2(512). С. 171 -179.
2. Грушин М.Е., Сухов Е.В. Применение сплава Д16 для холодных катодов зеемановских лазерных гироскопов // Сборник материалов молодежной конференции «Новые материалы и технологии в ракетно-космической, авиационной и других ведущих высокотехнологичных отраслях промышленности». 2019. С. 98 - 101.
3. Динамика температурной зависимости амплитуды частотной подставки зеемановского лазерного гироскопа в процессе его эксплуатации / Н.Е. Мерзликина, М.Е. Грушин, А.О. Синельников, Е.В. Сухов // Физическое образование в вузах. 2019. Т. 25. № 2. С. 325 - 328.
82
4. Сухов Е.В., Маш Л.Д., Пролейко Э.П. Эмиссионный спектральный анализ в технологических процессах радиоэлектроники // Наукоемкие технологии. 2012. Т. 13. №10. С.53-57.
Голубев Валерий Денисович, инженер, valerygolubevamail.ru, Россия, Москва, АО «НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха»,
Мерзликина Наталья Евгеньевна, инженер 1-й категории, nemerzlikina.polus@,mail.ru, Россия, Москва, АО «НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха»,
Синельников Антон Олегович, канд. техн. наук, начальник участка, mr.sinelnikov.aamail.ru, Россия, Москва, АО «НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха»,
Грушин Михаил Евгеньевич, канд. физ.-мат. наук, начальник отдела, mihail.grushin1968@,mail.ru, Россия, Москва, АО «НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха»,
Сухов Евгений Викторович, начальник лаборатории, tov.suhov8Iamail.ru, Россия, Москва, АО «НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха»
ZEEMANLASER GYRO OPTIMIZED RESOURCE BENCHMARK V.D. Golubev, N.E. Merzlikina, M.E. Grushin, E. V. Sukhov
Modified Zeeman laser gyro is observed and its resource is analyzed. Zeeman laser gyro optimized resource benchmark method is suggested. Comparative benchmark analysis is given, experimental data is presented, and efficiency estimation is also given. General parameters stability is estimated during continuous tests.
Key words: Zeeman laser gyro, resource, benchmark method.
Golubev Valery Denisovich, engineer, valerygolubevamail.ru, Russia, Moscow, JSC «Research Institute «Polyus» named after M.F. Stelmah»,
Merzlikina Natalia Evgen 'evna, engineer 1st category, nemerzlikina.polus@mail.ru, Russia, Moscow, JSC «Research Institute «Polyus» named after M.F. Stelmah»,
Sinelnikov Anton Olegovich, candidate of technical sciences, head of section, mr. sinelnikov. aa mail. ru, Russia, Moscow, JSC «Research Institute «Polyus» named after M.F. Stelmah»,
Grushin Mikhail Evgenievich, department chief, candidate of physical and mathematical sciences, mihail. grushin 1968a,mail. ru, Russia, Moscow, JSC «Research Institute «Polyus» named after M.F. Stelmah»,
Sukhov Evgeniy Viktorovich, laboratory chief, tov.suhov81@mail.ru Russia, Moscow, JSC «Research Institute «Polyus» named after M.F. Stelmah»
