产品：基于光纤陀螺仪的形变检测系统
主要特点：
结论：
该系统提供精确可靠的变形测量，为工程和结构分析需求提供有价值的解决方案。
基于光纤陀螺仪的工程结构变形检测方法原理是：将光纤陀螺仪固定在检测装置上，测量检测系统在工程结构被测表面上运行时的角速度，测量检测装置的工作距离，并计算检测装置的工作轨迹，从而实现工程结构变形的检测。本文将此方法称为轨迹法。该方法可描述为“二维平面导航”，即在被测结构表面的垂直面上求解载具的位置，最终得到载具沿被测结构表面的运动轨迹。
根据轨迹法原理，其主要误差来源包括参考误差、距离测量误差和角度测量误差。参考误差是指初始倾角θ0的测量误差，距离测量误差是指ΔLi的测量误差，角度测量误差是指Δθi的测量误差，主要由光纤陀螺仪角速度的测量误差引起。本文不考虑参考误差和距离测量误差对形变检测误差的影响，仅分析由光纤陀螺仪误差引起的形变检测误差。
光纤陀螺仪是一种基于萨格纳克效应测量角速度的传感器。光源发出的光经过Y型波导后，在光纤环中形成两束方向相反的旋转光束。当载体相对于惯性空间旋转时，两束光之间存在光程差，在探测器端可以检测到与旋转角速度相关的干涉光信号，从而测量对角速度。
光纤陀螺仪输出信号的数学表达式为：F=Kw+B0+V。其中，F为陀螺仪输出，K为比例因子，ω为陀螺仪频率。
敏感轴上的角速度输入，B0 是陀螺零偏差，υ 是积分误差项，包括白噪声和由各种具有长相关时间的噪声引起的缓慢变化分量，υ 也可以看作是零偏差的误差。
光纤陀螺仪的测量误差来源包括比例因子误差和零点偏差误差。目前，工程应用中光纤陀螺仪的比例因子误差为10⁻⁵~10⁻⁶。在形变检测应用中，角速度输入较小，比例因子误差引起的测量误差远小于零点偏差误差引起的测量误差，可以忽略不计。零点偏差误差的直流分量由零点偏差重复性Br表征，即多次测试中零点偏差值的标准偏差。交流分量由零点偏差稳定性Bs表征，即单次测试中陀螺仪输出值与其均值的标准偏差，其值与陀螺仪的采样时间有关。
以简支梁模型为例，计算变形检测误差，建立结构变形理论模型。在此基础上，设定检测方法。
根据系统的运行速度和采样时间，可以得到光纤陀螺仪的理论角速度。然后，根据上述建立的光纤陀螺仪零偏差误差模型，可以模拟光纤陀螺仪的角速度测量误差。
运行速度和采样时间的仿真设置采用范围变化模式，即每次采样所经过的ΔLi值固定，通过改变运行速度来改变同一线段的采样时间。例如，当ΔLi为1 mm时，例如运行速度为2 m/s，则采样时间为0.5 ms；如果运行速度为0.1 m/s，则采样时间为10 ms。
首先，分析零点偏差重复性误差的影响。当不存在零点偏差稳定性误差时，由零点偏差误差引起的角速度测量误差是固定的，例如运动速度越快，总测量时间越短，零点偏差误差的影响越小，形变测量误差也越小。当运行速度较快时，零点偏差稳定性误差是造成系统测量误差的主要因素。当运行速度较慢时，零点偏差重复性误差则成为系统测量误差的主要来源。
采用典型的中精度光纤陀螺仪，即采样时间为1 s时零点偏差稳定性为0.5 °/h，零点重复性为0.05 °/h。比较系统在2 m/s、1 m/s、0.2 m/s、0.1 m/s、0.02 m/s、0.01 m/s、0.002 m/s和0.001 m/s运行速度下的测量误差。当运行速度为2 m/s时，测量误差为8.514 μm（RMS）；当测量速度降低至0.2 m/s时，测量误差为34.089 μm（RMS）；当测量速度降低至0.002 m/s时，测量误差为2246.222 μm（RMS）。对比结果表明，运行速度越快，测量误差越小。考虑到工程操作的便利性，2米/秒的运行速度可以达到优于10微米的测量精度。
基于光纤陀螺仪工程结构变形测量的仿真分析，建立了光纤陀螺仪的误差模型，并以简支梁模型为例，获得了变形测量误差与光纤陀螺仪性能之间的关系。仿真结果表明，在采样次数不变且距离检测精度得到保证的情况下，系统运行速度越快（即光纤陀螺仪采样时间越短），系统的变形测量精度越高。采用典型的中等精度光纤陀螺仪，运行速度为2 m/s时，可以实现优于10 μm的变形测量精度。
Micro-Magic Inc. GF-50 光纤陀螺仪直径为 φ50*36.5mm，精度为 0.1º/h；GF-60 精度为 0.05º/h，属于高战术级光纤陀螺仪。我公司生产的陀螺仪具有体积小、重量轻、功耗低、启动快、操作简单、易于使用等特点，广泛应用于惯性导航系统 (INS)、惯性测量单元 (IMU)、定位系统、寻北系统、平台稳定性等领域。如果您对我们的光纤陀螺仪感兴趣，请随时与我们联系。
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