一种光纤陀螺动态误差特性测量标定方法及标定系统与流程

本发明涉及光纤陀螺领域，具体涉及一种光纤陀螺动态误差特性测量标定方法及标定系统。

背景技术：

光纤陀螺由于结构简单、角速度测量速度范围大、精度高、带宽大、响应速度快、光纤全固态环境适应性好等优点被广泛应用。光电经纬仪多采用光纤陀螺作为测速反馈或速度平稳性测量基准。通常光纤陀螺出厂时对其静态参数均做过精细标定。但是，对于动态特性，尤其动态噪声等未进行标定。光纤陀螺用于速度平稳性测试标定时，采用光纤陀螺采集的原始数据与拟合曲线做差求取均方根或峰值作为测试结果，光纤陀螺的动态噪声将直接叠加到测试结果中。因此，光纤陀螺自身的动态噪声将直接影响光电经纬仪的速度平稳性调试及速度平稳性测试结果，使得光纤陀螺的速度反馈精度或速度平稳性测量精度不能满足要求。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有光纤陀螺的速度反馈精度或速度平稳性测量精度不能满足要求的问题，提供一种光纤陀螺动态误差特性测量标定方法及标定系统。该系统和方法对光纤陀螺不同速度和不同振动频率响应下的动态误差进行测试，获取动态误差特性表，对实时采集的数据进行标定，从而提高了光纤陀螺的速度反馈精度和速度平稳性测量精度。

为实现以上发明目的，本发明的技术方案如下：

一种光纤陀螺动态误差特性测量标定方法，包括以下步骤：

步骤一、搭建光纤陀螺动态误差特性测量标定系统；

所述光纤陀螺动态误差特性测量标定系统包括旋转平台、第一加速度传感器、第二加速度传感器、被测光纤陀螺、激振器和数据处理单元；所述第一加速度传感器和第二加速度传感器分别设置在旋转平台的两侧，所述被测光纤陀螺安装在旋转平台上，且与旋转平台同轴；所述激振器与旋转平台连接，用于按照设定幅频曲线驱动旋转平台转动；所述数据处理单元分别采集第一加速度传感器、第二加速度传感器、被测光纤陀螺和激振器的数据；

步骤二、激振器工作，使得旋转平台按照设定幅频曲线转动；

步骤三、数据处理单元分别采集第一加速度传感器、第二加速度传感器、被测光纤陀螺和激振器的数据；

步骤四、根据第一加速度传感器、第二加速度传感器的数据计算旋转平台的角速度

-频率为f时，第一加速度传感器输出的第i个加速度；

-频率为f时，第二加速度传感器输出的第i个加速度；

l-第一加速度传感器与第二加速度传感器之间的距离；

步骤五、计算角速度输出噪声δω(f)；

-频率为f时，被测光纤陀螺输出的第i个角速度；

-频率为f时，被测光纤陀螺输出的第i个角速度误差；

n-频率为f时，数据处理单元采集数据的次数；

步骤六、获取被测光纤陀螺的动态误差特性表；

重复步骤三至步骤五，在不同速度和不同振动频率响应下，对被测光纤陀螺的角速度输出噪声进行测试，该角速度输出噪声即为动态误差修正值，进而获取动态误差特性表；

步骤七、误差标定；

将步骤六得到的动态误差特性表对实时采集的数据进行标定，得到标定后的角速度测量误差值，标定计算公式如下：

δ(fi)＝δωg(fi)-δω(fi)

δ(fi)-频率为fi时，光纤陀螺测试输出的实际动态角速度测量误差；

δωg(fi)-频率为fi时，被测光纤陀螺输出的角速度误差的均方根值；

δω(fi)-频率为fi时，转速为ω、振动频率为fi时的光纤陀螺动态误差修正值。

进一步地，步骤一中，所述第一加速度传感器、第二加速度传感器均为压电式加速度传感器。

进一步地，步骤一中，所述激振器的振动频率范围不小于0hz～500hz，激振器的激励加速度选取1g及以下，激振器激励选取1倍频程及以下。

进一步地，步骤一中，所述激振器上设置有力传感器，所述力传感器用于激振器的激励和控制反馈。

进一步地，步骤一中，所述被测光纤陀螺与旋转平台通过螺栓连接。

同时，本发明提供一种光纤陀螺动态误差特性测量标定系统，包括旋转平台、第一加速度传感器、第二加速度传感器、被测光纤陀螺、激振器和数据处理单元；所述第一加速度传感器和第二加速度传感器分别设置在旋转平台的两侧，所述被测光纤陀螺安装在旋转平台上，且与旋转平台同轴；所述激振器与旋转平台连接，用于按照设定幅频曲线驱动旋转平台转动；所述数据处理单元分别采集和处理第一加速度传感器、第二加速度传感器、被测光纤陀螺、激振器的数据。

进一步地，所述第一加速度传感器、第二加速度传感器均为压电式加速度传感器。

进一步地，所述激振器的振动频率范围不小于0hz～500hz，激振器的激励加速度选取1g及以下，激振器激励选取1倍频程及以下。

进一步地，所述激振器上设置有力传感器，所述力传感器用于激振器的激励和控制反馈。

进一步地，所述被测光纤陀螺与旋转平台通过螺栓连接。

与现有技术相比，本发明技术方案具有如下优势：

1.本发明光纤陀螺动态误差特性测量标定方法及标定系统可以得到光纤陀螺在不同速度和不同振动频率响应下的动态噪声，获取动态误差特性表，对实时采集的数据进行标定，从而提高了光纤陀螺的速度反馈精度和速度平稳性测量精度。

2.本发明光纤陀螺动态误差特性测量标定方法及标定系统在定频、定幅值振动激励模式下可大幅降低不同传感器之间采样的时间同步精度要求。

3.本发明光纤陀螺动态误差特性测量标定系统组成简单，适应性及可行性强。

4.本发明光纤陀螺动态误差特性测量标定方法及标定系统选用激振器作为动态激励，具有振动频率、幅值可精密调谐、控制和反馈灵敏度高、控制频率高的特点。

5.本发明光纤陀螺动态误差特性测量标定方法及标定系统采用压电式加速度传感器计算角速度作为参考基准，具有响应速度快、测量带宽较宽、输出频率高、测量精度高的特点。

6.本发明光纤陀螺动态误差特性测量标定方法及标定系统选用小幅往复线振动激励旋转平台的一端，使旋转平台产生旋转驱动力矩，小幅振动可保证加速度计测量结果线性度良好。

附图说明

图1为本发明光纤陀螺动态误差特性测量标定系统结构示意图；

图2为本发明光纤陀螺动态误差特性测量标定方法流程图。

附图标记：1-被测光纤陀螺，2-旋转平台，3-激振器，4-第一加速度传感器，5-第二加速度传感器，6-数据处理单元，7-力传感器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供一种光纤陀螺动态误差特性测量标定系统，该系统包括旋转平台2、第一加速度传感器4、第二加速度传感器5、力传感器7、被测光纤陀螺1、激振器3和数据处理单元6；第一加速度传感器4和第二加速度传感器5分别设置在旋转平台2的两侧，被测光纤陀螺1安装在旋转平台2的中部，且与旋转平台2同轴；激振器3与旋转平台2连接，用于按照设定幅频曲线驱动旋转平台2转动；力传感器7安装在激振器3上，作为激振器3的激励和控制反馈；数据处理单元6分别采集和处理第一加速度传感器4、第二加速度传感器5、被测光纤陀螺1、激振器3的数据信息。在本发明实施例中，光纤陀螺与旋转平台2通过螺栓连接，第一加速度传感器4、第二加速度传感器5均为压电式加速度传感器。

测试时，激振器3按照设定幅频曲线驱动旋转平台2的一端，使旋转平台2进行往复转动，同步对被测光纤陀螺1的输出速度、力传感器7、第一加速度传感器4和第二加速度传感器5数据进行读取、显示并传送到数据处理单元6中进行处理，即可以得到获取被测光纤陀螺1的动态噪声值，同时可对不同速度下的动态噪声值进行标定。

本发明光纤陀螺动态误差特性测量标定系统组成简单，适应性及可行性强。系统选用激振器作为动态激励，具有振动频率、幅值可精密调谐、控制和反馈灵敏度高、控制频率高的特点。采用压电式加速度传感器计算角速度作为参考基准，具有响应速度快、测量带宽、输出频率高、测量精度高的特点。

本发明光纤陀螺动态误差特性测量标定系统通过线振动激励旋转平台的一端，使旋转平台产生旋转驱动。激振器频率范围需要覆盖被测光纤陀螺的响应带宽，频率越高，可标定的光纤陀螺动态参数覆盖频率越大，因此激振器振动频率范围不小于0hz～500hz；小幅振动可保证加速度计测量结果线性度良好，同时大幅振动有可能导致光纤陀螺损坏，因此激振器的激励加速度选取1g及以下；为保证动态噪声和动态参数测量精细程度，激振器激励选取1倍频程及以下，使激励频率缓慢增加以实现频率细分。

如图2所示，本发明提供一种光纤陀螺动态误差特性测量标定方法，其包括以下步骤：

步骤一、搭建光纤陀螺动态误差特性测量标定系统；

光纤陀螺动态误差特性测量标定系统包括激振器3、被测光纤陀螺1、旋转平台2、第一加速度传感器4、第二加速度传感器5和数据处理单元6；第一加速度传感器4和第二加速度传感器5分别设置在旋转平台2的两侧；被测光纤陀螺1放置在旋转平台2上，且与旋转平台2同轴；激振器3与旋转平台2连接，用于按照设定幅频曲线驱动旋转平台2转动；数据处理单元6分别采集第一加速度传感器4、第二加速度传感器5、被测光纤陀螺1和激振器3的数据；

步骤二、激振器工作，使得旋转平台按照设定幅频曲线转动；

步骤三、数据处理单元分别采集第一加速度传感器、第二加速度传感器、被测光纤陀螺和激振器的数据；

步骤四、根据第一加速度传感器、第二加速度传感器的输出数据计算旋转平台的角速度

-频率为f时，第一加速度传感器输出的第i个加速度；

-频率为f时，第二加速度传感器输出的第i个加速度；

l-第一加速度传感器与第二加速度传感器之间的距离；

步骤五、计算角速度输出噪声δω(f)；

-频率为f时，被测光纤陀螺输出的第i个角速度；

-频率为f时，被测光纤陀螺输出的第i个角速度误差；

月-频率为f时，数据处理单元采集数据的次数；

步骤六、获取被测光纤陀螺的动态误差特性表；

重复步骤三至步骤五，分别对被测光纤陀螺不同速度和不同振动频率响应下的角速度输出噪声进行测试，该角速度输出噪声即为动态误差修正值，进而获取动态误差特性表；动态误差特性表有两个变量，分别为速度和频率；

例如，被测光纤陀螺当10°/s转速在50hz振动频率下的角速度动态误差即δω(f)中ω＝10°/s、f＝50hz的角速度噪声误差δ记入下表第5行第3列。

步骤七、误差标定；

将步骤六得到的动态误差特性表对实时采集的数据进行标定，得到该转速下不同振动频率下光纤陀螺动态测量噪声标定后的测量值；

标定计算公式如下：

δ(fi)＝δωg(fi)-δω(fi)

δ(fi)-频率为fi时，光纤陀螺测试输出的实际动态角速度测量误差；

δωg(fi)-频率为fi时，被测光纤陀螺输出的角速度误差的均方根值；

δω(fi)-频率为fi时，转速为ω、振动频率为fi时的光纤陀螺动态误差修正值。

本发明光纤陀螺动态误差特性测量标定方法及标定系统可以得到光纤陀螺不同速度下、不同振动频率下的动态噪声，从而对实时采集的数据进行标定，从而提高了光纤陀螺的速度反馈精度和速度平稳性测量精度。同时，本发明光纤陀螺动态误差特性测量标定方法及标定系统在定频、定幅值振动激励模式下可大幅降低不同传感器之间采样的时间同步精度要求。例如，在定频测试时，激振器可在同一频率下稳定连续激励数十秒至数分钟，期间只要选取数秒加速度计和光纤陀螺的输出数据即可完成该频率下的测试和标定，加速度计、光纤陀螺、激振器(力传感器)三者之间或两两之间无需同步开启或同步采集。