专利名称：一种线振动台三维扭转角速率的测量方法
技术领域：
本发明属于自动化测试技术领域，具体涉及一种线振动台三维扭转角速率的测量方法。
背景技术：
惯性导航系统实际工作中存在很大的振动环境，惯性导航系统必须适应高量级的振动和高量级的持续加速度。线振动台可以模拟惯性元器件工作过程中所承受的振动环境条件，用于在惯性器件进入装备之前的试验筛选。理想的线振动台应该只有线振动，而没有角振动，但实际的线振动台受产品安装重心变化、台体材料刚性、台体加工工艺、线振动台控制器性能的限制，不可避免存在三维扭转。这种三维扭转限制了线振动台的线振动性能。 惯性测量单元中包含陀螺和加表，当惯性测量单元放置于扭转角速率比较大的线振动台台面上进行线振动性能测试时，陀螺敏感到扭转角速率的大小，和线振动引起的陀螺漂移相互叠加、混淆，不能确定陀螺线振动性能是否满足要求。因此，在使用线振动台对惯性测量组合进行环境实验及筛选之前，必须对线振动台进行标定，使其除线振动之外的扭转角速率尽可能小。当前标定线振动台的常用的方法是采用双频激光干涉仪，测量线振动台在振动时台子在各个方向上的扭转位移，再根据一定的公式换算成扭转的角度。但是这种方法要保证测量的可靠性，光路需要精确地对准，对反射镜的安装要求很高。这些因素制约了该方法不能准确可靠测量线振动台的三维扭转角速率。这种方法最主要的缺点是传感器直接测量的是角度，再根据角度与频率的关系，计算扭转角速率的大小，不能直接得到角速率。还有一个缺点是不能同时测量三维的扭转角速率。光纤陀螺是测量角速率的最好传感器，利用Sagnac效应，直接测量载体相对于惯性空间的角速率。由于其带宽很高(可达IMHz)，很高的精度(0.001° /h)，且不需要外部参考物，能实现对振动台扭转的自主测量。通常，光纤惯性测量单元包括三只独立的陀螺和三只独立的加速度计，通过光学系统复用技术和集成化技术将三只独立的光纤陀螺集成为一只三轴光纤陀螺，是光纤陀螺集成化和小型化技术的发展的新方向。浙江大学经过多年的深入研究，在光纤陀螺三轴集成化研究方面具有深刻认识。线振动台研制单位根据浙江大学的要求研发出了一台线振动台，浙江大学研制的三轴集成光纤陀螺在该振动台上进行 6g，10-3kHz的扫频振动时，振动对陀螺基本没有影响，即振动时三轴光纤陀螺的输出和静止时基本一样。使用该三轴光纤陀螺在另外一个普通线振动台上测试时，可以测出线振动台振动过程中扭转角速率非常大，达到50° /s的量级。发明一种快速直接可靠的测量方法对振动台三维扭转性能进行实时评估，对指导线振动台研制单位的产品研制具有非常重要意义。将一只三轴光纤陀螺安装到线振动台台面上，保持三个敏感轴分别与三维扭转轴平行，可以同时测量对应的三个正交方向上的扭转角速率，从而快速评估线振动台的性能，填补了同时快速测量振动台三维扭转角速率的空白，对于航空航天的发展意义重大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种线振动台三维扭转角速率的测量方法。该方法可以直接测量线振动台振动过程中三个正交方向上的扭转角速率，该测量方法通过将一只三轴光纤陀螺，安装到线振动台台面上，实现对线振动台台面三个正交方向上扭转角速率的同时测量，本发明测量方法实施步骤如下
步骤(I).将一只三轴光纤陀螺固定在线振动台台面上，其中三轴光纤陀螺的第一敏感轴与线振动台台面振动方向平行，第二敏感轴与线振动台面垂直，第三敏感轴与线振动台的振动方向垂直且平行于线振动台的台面；
步骤(2).启动线振动台振动源，控制线振动台台面以要求的振动方式开始振动，测量三轴光纤陀螺的输出，T时间后，线振动台台面停止振动，得到线振动台三个正交方向上的扭转角速率ω 、ω2、ω3 ;
步骤(3).若三轴光纤陀螺的三个敏感方向与测量线振动台的三个正交方向不重合， 通过坐标换算得到与线振动台台面振动方向平行、与线振动台面垂直、与线振动台的振动方向垂直且平行于线振动台台面的三个正交方向的扭转角速率；
所述的时间T大于I秒钟；
所述的线振动台的振动方式和振动时间中，振动方式包括振动频率和振动量级，可根据线振动台的测量要求选择；
所述的步骤(2)中，三轴光纤陀螺的三个敏感方向相互正交。本发明方法有益效果
本发明提供可以同时测量得到线振动台三维扭转角速率的方法，比传统的线振动台扭转角速率测量方法，精度更高、带宽更大、操作更快速，测量结果更可靠。使用本发明方法进行振动台扭转性能的评估，对指导线振动台研制单位具有非常重要意义。本发明方法填补了同时测量振动台三维扭转角速率的空白，对于航空航天的发展意义重大。
图I为本发明中测量线振动台在三个正交方向上的扭转角速率测量方法示意图； 图中1.三轴光纤陀螺；2.线振动台基座；3.线振动台台面；4.隔振地基；5.线振
动台振动源。
具体实施例方式下面结合附图所示对本发明内容作进一步说明。如图I所示，是测量线振动台在三个正交方向上的扭转角速率的方法示意图，将一只三轴光纤陀螺I通过工装安装到线振动台台面3上，三轴光纤陀螺I同时测量线振动台的三维扭转角速率，其中三轴光纤陀螺I的一个敏感轴Y’与线振动台台面3的振动方向 Y平行，另一个敏感轴X’与线振动台面3垂直，即与X方向平行，第三个敏感轴Z’垂直于线振动台的振动方向Y且平行于线振动台台面3，即与Z方向平行，振动台基座2位于线振动台台面3的正下方，振动台基座2放置于隔振地基4上，隔振地基4起到隔离外部环境振动的作用。具体测量步骤如下
步骤(I).如图I所示，将三轴光纤陀螺I通过工装固定在线振动台台面3上，三轴光纤陀螺I的一个敏感轴Y’与线振动台台面3振动方向Y平行，还有一个敏感轴X’与线振动台面3垂直，第三个敏感轴V垂直于线振动台的振动方向Y且平行于线振动台的台面3 ； 步骤(2).启动线振动台振动源5，控制线振动台台面3以要求的振动方式开始振动， 测量三轴光纤陀螺I的输出，T时间后，线振动台台面3停止振动，得到线振动台分别沿X、 Y、Z三维正交方向上的扭转角速率ω 、ω2、ω3 ;
步骤(3).若三轴光纤陀螺的三个敏感方向与测量线振动台的三个正交方向不重合， 通过坐标换算得到与线振动台台面振动方向平行、与线振动台面垂直、与线振动台的振动方向垂直且平行于线振动台台面的三个正交方向的扭转角速率；
所述的时间T大于I秒钟；
所述的线振动台的振动方式和振动时间中，振动方式包括振动频率和振动量级，可根据线振动台的测量要求选择。所述的步骤(I)中，三轴光纤陀螺I的三个敏感方向Χ’、Υ’、Ζ’相互正交。
权利要求
1.一种线振动台三维扭转角速率的测量方法，其特征在于如下步骤步骤(I).将一只三轴光纤陀螺固定在线振动台台面上，其中三轴光纤陀螺的第一敏感轴与线振动台台面振动方向平行，第二敏感轴与线振动台面垂直，第三敏感轴与线振动台的振动方向垂直且平行于线振动台的台面；步骤(2).启动线振动台振动源，控制线振动台台面以要求的振动方式开始振动，测量三轴光纤陀螺的输出，T时间后，线振动台台面停止振动，得到线振动台三个正交方向上的扭转角速率ω 、ω2、ω3 ;所述的时间T大于I秒钟；所述的线振动台的振动方式和振动时间中，振动方式包括振动频率和振动量级，可根据线振动台的测量要求选择；所述的步骤(2)中，三轴光纤陀螺的三个敏感方向相互正交。
2.根据权利要求I所述的一种线振动台三维扭转角速率的测量方法，其特征在于若三轴光纤陀螺的三个敏感方向与测量线振动台的三个正交方向不重合，通过坐标换算得到与线振动台台面振动方向平行、与线振动台面垂直、与线振动台的振动方向垂直且平行于线振动台台面的三个正交方向的扭转角速率。
全文摘要
本发明公开了一种线振动台三维扭转角速率的测量方法。现有测量方法是通过测量角度来测量角速率的，且不能同时测量线振动台的三维扭转角速率，其精度和可靠性不能保证，本发明方法使用一只三轴集成光纤陀螺同时测量线振动台在不同线振动频率下三个正交方向上的附加扭转角速率。将一只三轴集成光纤陀螺安装到线振动台台面上，保持三个敏感轴分别与三维扭转轴平行，同时测量对应的三个正交方向上的扭转角速率，以此评估线振动台的性能。本发明方法对指导线振动台研制单位具有非常重要意义，填补了同时测量振动台三维扭转角速率的空白，对于航空航天的发展意义重大。
文档编号G01C25/00GK102590550SQ201210007439
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者刘承, 史金罡, 张登伟, 舒晓武, 赵宇翔, 车双良 申请人:浙江大学