Discussion sur le test de la bobine de fibre

Discussion sur le test de la bobine de fibre

En 1976, l'université de l'Utah a proposé pour la première fois des gyroscopes à fibre optique (FOG), marquant ainsi la naissance de la deuxième génération de gyroscopes optiques. Après 45 ans de développement, la taille du marché mondial des FOG a atteint 3,8 milliards d'euros. La bobine de fibre (ou "bobine de fibre à maintien de la polarisation" ou "bobine de détection à fibre") est l'élément de détection central du FOG. Sa fonction est de convertir le signal de vitesse angulaire du mouvement de l'objet en signal de phase optique, puis de convertir le signal de phase optique en signal électrique via d'autres composants du FOG. On peut donc dire que la bobine de fibre est le point de départ du signal de détection du FOG, et que la qualité de la bobine de fibre détermine directement la limite supérieure des performances du FOG.

1． Principe du FOG

Quel type de bobine de fibre est une bonne bobine ? Comment évaluer une bobine de fibre ? Ces deux problèmes sont ceux qui doivent être résolus dans le cadre du test des bobines de fibres optiques.

Dans un esprit de pragmatisme, l'évaluation de la bobine de fibre doit commencer par son utilité. Actuellement, la plupart des bobines de fibre sont utilisées dans le FOG interférométrique. Son principe fondamental est d'introduire deux faisceaux de lumière provenant de deux pigtails dans la bobine de fibre en même temps. En raison de l'effet Sagnac causé par la rotation de la bobine de fibre dans l'espace inertiel, un faisceau de lumière sera émis par le pigtail opposé plus rapidement que l'autre. En mesurant la différence de temps entre les deux faisceaux de lumière émis par la bobine de fibre, la vitesse angulaire de la bobine de fibre par rapport à la rotation de l'espace inertiel peut être évaluée.

La lumière étant une sorte d'onde, la différence de temps φs peut également être exprimée comme une différence de phase, et son expression relationnelle avec la vitesse angulaire Ω de la bobine de fibre est la suivante :

φ₅ =K Ω+ φ₀

Où K est le facteur d'échelle de la bobine de fibre, φ₀ est le décalage du zéro de la bobine de fibre.

La loi de conversion du signal de la bobine de fibre peut être vue à partir de la formule ci-dessus. Dans un état idéal, si le facteur d'échelle est constant et qu'il n'y a pas de décalage du zéro, la relation entre la vitesse angulaire et la différence de phase peut être exprimée comme une simple relation positive proportionnelle ; et plus le facteur d'échelle est grand, plus la différence de phase causée par la même vitesse angulaire d'entrée à travers la bobine de fibre est importante, et plus la limite supérieure de la résolution théorique du FOG est élevée. Toutefois, dans la réalité, le facteur d'échelle et le décalage du zéro fluctuent ou se décalent sous l'influence de facteurs environnementaux, ce qui affecte la mesure finale. Le test de la bobine de fibre doit mesurer le degré de changement de performance de la bobine de fibre affectée par les facteurs environnementaux. Il s'agit de déterminer si la bobine peut répondre aux exigences du FOG dans l'environnement de travail requis.

2． Test de la bobine de fibre

Il existe plusieurs types de tests de bobines de fibre : l'inspection des dimensions générales, l'inspection des performances optiques et l'inspection des performances du FOG. L'inspection des dimensions globales comprend la mesure du diamètre intérieur, du diamètre extérieur et de la hauteur de la bobine de fibre ; l'inspection des performances optiques comprend le test OTDR, le test de perte de diaphonie à température normale, le test de perte de diaphonie à température constante, le test de perte de diaphonie à pleine température ; le test de performance du FOG comprend le test de la valeur crête à crête à polarisation nulle (ou le test du système), le test de sensibilité au champ magnétique, le test de l'échelle/de l'angle d'alignement, le test de démarrage.

L'inspection des dimensions générales vise à s'assurer que les dimensions générales de la bobine de fibre sont conformes à la norme, car les dimensions générales de la bobine de fibre sont directement liées au processus d'assemblage du FOG.

Le test de performance optique vise principalement à vérifier si la performance optique de la fibre à maintien de polarisation peut encore répondre aux exigences d'utilisation de base du FOG après avoir été enroulée en bobine.

Le test OTDR dans le test de performance de la fibre optique, d'une part, détectera les données de longueur de la bobine de fibre, et d'autre part, détectera s'il y a des points de rupture ou des points de perte élevée dans la bobine de fibre à tester. Les points de rupture formeront un pic de réflexion élevé après l'allumage, et le pic de réflexion causera de très graves interférences avec le fonctionnement du FOG, ce qui doit être évité. Le point de perte élevé est souvent le point de contrainte le plus important et il est très facile de le fracturer au cours du processus de vieillissement ultérieur, ce qui doit également être éliminé.

Le test de perte de diaphonie à température normale est une version simplifiée du test de perte de diaphonie à température constante, et le test de perte de diaphonie à température constante est une version peu coûteuse du test de perte de diaphonie à pleine température. Le test de perte par diaphonie à température constante permet de tester les variations de diaphonie et de perte de la bobine de fibre à température constante. La diaphonie est parfois remplacée par le rapport d'extinction. Il est nécessaire de reconnaître ici que la diaphonie est un nombre négatif, qui se réfère au rapport de l'intensité lumineuse sur l'axe de polarisation secondaire à l'intensité lumineuse sur l'axe de polarisation primaire de la lumière émise. En revanche, le rapport d'extinction est une valeur positive, qui correspond au rapport entre l'intensité lumineuse sur l'axe de polarisation primaire et l'intensité lumineuse sur l'axe de polarisation secondaire de la lumière émise. La signification physique de la diaphonie et du rapport d'extinction est la capacité de maintien de la polarisation de la bobine de fibre à la lumière incidente polarisée par les rayons. En général, plus la valeur de diaphonie est faible, plus le rapport d'extinction est élevé, meilleure est la capacité de maintien de la polarisation de la bobine de fibre, plus le rapport signal/bruit du signal FOG est élevé et meilleure est la performance du FOG. La température totale correspond à la température de fonctionnement de la bobine de fibre, la température constante correspond à un point de température spécifique et la température normale correspond à une température ambiante de 25℃.

Les tests ci-dessus concernent tous les performances optiques de la bobine de fibre. Bien que ces propriétés optiques affectent plus ou moins le fonctionnement du FOG, elles sont encore trop grossières pour juger de la performance de la bobine de fibre dans l'application FOG.

L'inspection des performances du FOG est un test qui évalue réellement les performances de la bobine de fibre dans les applications FOG. Chacun de ses projets nécessite la fusion de la bobine de fibre et du système de test de la bobine de fibre pour former un FOG temporaire, puis divers facteurs environnementaux sont appliqués au FOG pour évaluer la performance FOG de la bobine de fibre.

Le test crête à crête du zéro-bi est la dérive du zéro-bi du FOG à pleine température. D'une part, il peut produire la valeur crête à crête du biais zéro comme indice de performance de la bobine de fibre pour évaluer la performance FOG de la bobine de fibre à pleine température. D'autre part, il peut également tester la courbe de variation du biais zéro de la bobine de fibre sur toute la plage de température de fonctionnement afin d'évaluer si la bobine de fibre présente des défauts à un certain point de température. Actuellement, la valeur crête à crête de la polarisation zéro est le principal indice d'évaluation des performances FOG de la bobine de fibre.

Le test de sensibilité au champ magnétique permet d'évaluer la stabilité de fonctionnement de la bobine de fibre sous l'interférence d'un champ magnétique. Pendant le test, le champ magnétique appliqué à la bobine de fibre doit être continuellement tourné, puis la plage de la dérive du biais zéro du FOG est testée en tant que résultat de la sensibilité au champ magnétique. L'objectif fondamental est de déterminer dans quelle mesure le géomagnétisme affecte le FOG.

Le test d'échelle/angle de désalignement mesure le changement du facteur d'échelle et de l'angle de désalignement à la température maximale de la bobine de fibre. Le facteur d'échelle est la valeur K décrite ci-dessus, et l'angle de désalignement est l'angle de déviation entre l'axe sensible à la vitesse angulaire de la bobine de fibre et l'axe vertical de la surface d'installation de la bobine de fibre. La modification du facteur d'échelle et de l'angle de désalignement affecte directement la précision de mesure du FOG.

Le test de démarrage est relativement particulier. Il mesure la dérive maximale du zéro-bi causée par l'instabilité thermique interne après le démarrage du FOG. Ce test simule l'environnement de champ thermique inégal après le démarrage du FOG pour la bobine de fibre, puis teste la dérive du biais zéro.

3． Conclusion

Ce qui précède est le schéma actuel de test des bobines de fibre. Toutefois, si l'on se réfère à la description des autres paramètres du capteur, le test des bobines de fibre fournit une valeur standard à une température et une pression normales, ainsi que la plage de fluctuation ou le coefficient de corrélation de la valeur de mesure affectée par un seul facteur. Cependant, la plupart des fabricants de FOG n'effectuent pas de mesures spéciales pour les bobines de fibres, mais les installent directement sur le FOG après avoir vérifié la perte et le rapport d'extinction de la bobine de fibres, puis déterminent la qualité de la bobine de fibres sur la base des conditions de test du FOG. Si le résultat du test n'est pas bon, remplacez directement la bobine de fibre ou d'autres accessoires du FOG, puis effectuez le test pour déterminer la cause du problème de qualité. Pour les utilisateurs de la bobine de fibre, ce test permet d'économiser le coût du test de la bobine de fibre et les résultats du test sont plus précis. Cependant, pour les fabricants de FOG, l'assemblage du FOG introduit de nombreux facteurs inutiles, tels que la manipulation des pigtails des bobines de fibres, la qualité du point de fusion et le champ thermique du FOG. Les problèmes de performance causés par ces autres facteurs d'influence peuvent être résolus en réassemblant une fois, mais les résultats causés par ces facteurs doivent être supportés par la bobine de fibre, et il y a une certaine déconnexion entre les indices de performance du FOG testés et la production de la bobine de fibre, et il est difficile de guider directement la production de la bobine de fibre. Par conséquent, cette méthode de test n'est pas optimale pour les fabricants de bobines de fibres. Toutefois, il n'existe pas encore de processus normalisé de test des bobines de fibres optiques. Le test des bobines de fibres est toujours effectué en fonction des besoins des clients, et les normes de test des bobines de fibres en sont encore au stade du tâtonnement et de l'exploration.