一种准确评测光纤陀螺输出延迟时间的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种准确评测光纤陀螺输出延迟时间的装置和方法，具体涉及一种保 证光纤陀螺工作在正常输出频率下的输出延迟时间测量方法，以及精确调节角速率冲击信 号输入时间的方法。
【背景技术】
[0002] 光纤陀螺是一种角速率传感器，其原理是基于Sagnac效应。目前光纤陀螺已经广 泛应用于军事领域和工业领域，包括飞行器姿态控制、寻北系统、导航系统、轨道测量、施工 定向、机器人控制等。
[0003] 光纤陀螺的输出延迟时间，是指光纤陀螺从感受到角速率信号到将这一角速率信 号输出之间的时间差。它是反映光纤陀螺动态性能的一项重要指标，输出延迟越短时间，表 明光纤陀螺对角速度信号的反映越迅速。对光纤陀螺输出延迟时间的测量，是评判光纤陀 螺动态性能的必要工作之一。
[0004] 薛宁、刘瑞等在专利《一种光纤陀螺输出延迟时间的评测装置及其方法》（申请号 201110090599. 9)中提出了一种光纤陀螺输出延迟时间的测量系统。其原理是撞击静止状 态的光纤陀螺，在较高的陀螺输出频率下，精确测得陀螺撞击时间与陀螺输出时间之间的 时间差。但是该种测量方法用撞击产生瞬时触发信号，无法和撞击后陀螺加速过程中的具 体时间点相对应，故测量精度较低；且基于同一时钟基准对冲击角速度信号以及光纤陀螺 输出信号进行模数采样，所需的采样频率较高，因此测量时要求光纤陀螺具有较高的输出 频率，不适用于输出频率较低的陀螺。因此，该方法缺乏普适性，且测量结果的一致性、准确 性较低。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种准确评测光纤陀螺输出延迟时 间的装置和方法，该评测装置及方法具有结构简单、操作方便、能够充分满足目前光纤陀螺 输出延迟时间评测工作的各项要求，测得的陀螺数据与编码器数据能一一对应，测量精度 高；而且适用于在任何输出频率下工作的光纤陀螺，具有普适性好的特点。
[0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种准确评测光纤陀螺输出 延迟时间的装置，包括：转台、步进电机、底座、编码器、被测光纤陀螺、信号采集系统、步进 电机驱动模块、信号处理系统和上位机；其中，所述步进电机竖直朝上放置，安装在底座上； 转台固定连接在步进电机的输出轴上；转台上固定被测光纤陀螺，被测光纤陀螺的敏感轴 与转台的转轴平行；编码器安装在转台上，用于测量转台的转速；编码器和被测光纤陀螺 均与信号采集系统相连；信号采集系统与信号处理系统相连；信号处理系统与上位机相 连；信号采集系统接收编码器采集到的编码器数据和被测光纤陀螺采集到的陀螺数据，并 将编码器数据和陀螺数据传送给信号处理系统，信号处理系统每收到一组编码器数据和陀 螺数据，就记录该组数据收到的时刻，并将该时刻和该组数据打包发送给上位机，上位机分 别对编码器数据和陀螺数据进行拟合处理；步进电机驱动模块连接步进电机和信号处理系 统，用于将信号处理系统发出步进电机控制指令传递给步进电机。
[0007] 进一步的，所述编码器的最大接收频率在200KHZ以上。
[0008] 进一步的，所述步进电机能在500ms内将转台1加速至30° /s的角速度并保持勾 速转动。
[0009] -种使用如权利要求1所述装置的一种准确评测光纤陀螺输出延迟时间的方法， 包括以下步骤：
[0010] 步骤一、开始测试之后，步进电机带动转台启动并加速，信号处理系统启动计时， 并对步进电机驱动模块发出启动指令；信号采集系统接收编码器采集到的编码器数据和被 测光纤陀螺采集到的陀螺数据；
[0011] 步骤二、信号采集系统将接收到的编码器数据和陀螺数据发送给信号处理系统， 信号处理系统每收到一组编码器数据和陀螺数据，就记录该组数据收到的时刻，并将该时 刻和该组数据打包发送给上位机；
[0012] 步骤三、上位机根据信号处理系统发送来带有时刻的编码器数据和陀螺数据分别 拟合编码器数据曲线"速率-时间曲线α-τ)"和陀螺数据曲线"速率-时间曲线（V g-T)"， 其中，L为转台的转速，Vg为被测光纤陀螺的转速，T为时间；
[0013] 步骤四、在陀螺数据曲线"速率-时间曲线（Vg-T) "的前段、中段、末段部分分别取 三个点，分别是
[0014] 步骤五、在编码器数据曲线"速率-时间曲线（Ve-T) "上，找到与前三个点对应的 等速率点，分别是
，其中
[0015] 步骤六、由公式
得到被测光纤陀螺的输出延 迟时间测量结果。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过对比编码器数据和陀螺数据，实现了 对陀螺角速率冲击的全过程记录，本评测方法适用于任何输出频率的光纤陀螺，且测量结 果准确，测量方法普适性高。本评测装置结构简单，操作方便，能够充分满足目前光纤陀螺 输出延迟时间评测工作的各项要求。
【附图说明】
[0017] 图1是被测光纤陀螺输出延迟时间评测装置结构图；
[0018] 图2是被测光纤陀螺输出延迟时间评测方法的拟合曲线图；
[0019] 图中，转台1、步进电机2、底座3、编码器4、被测光纤陀螺5、信号采集系统6、步进 电机驱动模块7、信号处理系统8、上位机9。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0021] 光纤陀螺的输出延迟时间，是指光纤陀螺从感受到角速率信号到将这一角速率信 号输出之间的时间差。其测量的基本思想是给光纤陀螺一个角速率冲击，测量施加冲击时 刻到陀螺将角速率冲击信号输出时刻所需的时间。如果角速率冲击的时刻为t p，陀螺将该 角速率冲击信号输出的时刻为tk，那么输出延迟时间为：Δ td= t k - tp。
[0022] 如图I所示，一种准确评测光纤陀螺输出延迟时间的装置，包括：转台1、步进电机 2、底座3、编码器4、被测光纤陀螺5、信号采集系统6、步进电机驱动模块7、信号处理系统8 和上位机9 ;其中，所述步进电机2竖直朝上放置，安装在底座3上；转台1固定连接在步进 电机2的输出轴上；转台1上固定被测光纤陀螺5,被测光纤陀螺5的敏感轴与转台1的转 轴平行；编码器4安装在转台1上，用于测量转台1的转速；编码器4和被测光纤陀螺5均 与信号采集系统6相连；信号采集系统6与信号处理系统8相连；信号处理系统8与上位机 9相连；步进电机驱动模块7连接步进电机2和信号处理系统8,用于将信号处理系统8发 出步进电机控制指令传递给步进电机2。
[0023] 所述编码器4具有较高的采样频率，其最大接收频率在200KHZ以上。
[0024] 所述步进电机2具有较大的扭力，能在500ms内将转台1加速至30° /s的角速度 并保持匀速转动，以此来为被测光纤陀螺5提供角速度冲击。
[0025] 如图2所示，一种准确评测光纤陀螺输出延迟时间的方法，具体包括如下步骤：
[0026] (1)开始测试之后，步进电机2带动转台1启动并加速，信号处理系统8启动计时， 并对步进电机驱动模块7发出启动指令；信号采集系统6接收编码器4采集到的编码器数