專利名稱：一種線振動(dòng)臺(tái)三維扭轉(zhuǎn)角速率的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動(dòng)化測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種線振動(dòng)臺(tái)三維扭轉(zhuǎn)角速率的測量方法。
背景技術(shù)：
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)際工作中存在很大的振動(dòng)環(huán)境，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)必須適應(yīng)高量級(jí)的振動(dòng)和高量級(jí)的持續(xù)加速度。線振動(dòng)臺(tái)可以模擬慣性元器件工作過程中所承受的振動(dòng)環(huán)境條件，用于在慣性器件進(jìn)入裝備之前的試驗(yàn)篩選。理想的線振動(dòng)臺(tái)應(yīng)該只有線振動(dòng)，而沒有角振動(dòng)，但實(shí)際的線振動(dòng)臺(tái)受產(chǎn)品安裝重心變化、臺(tái)體材料剛性、臺(tái)體加工工藝、線振動(dòng)臺(tái)控制器性能的限制，不可避免存在三維扭轉(zhuǎn)。這種三維扭轉(zhuǎn)限制了線振動(dòng)臺(tái)的線振動(dòng)性能。 慣性測量單元中包含陀螺和加表，當(dāng)慣性測量單元放置于扭轉(zhuǎn)角速率比較大的線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上進(jìn)行線振動(dòng)性能測試時(shí)，陀螺敏感到扭轉(zhuǎn)角速率的大小，和線振動(dòng)引起的陀螺漂移相互疊加、混淆，不能確定陀螺線振動(dòng)性能是否滿足要求。因此，在使用線振動(dòng)臺(tái)對(duì)慣性測量組合進(jìn)行環(huán)境實(shí)驗(yàn)及篩選之前，必須對(duì)線振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行標(biāo)定，使其除線振動(dòng)之外的扭轉(zhuǎn)角速率盡可能小。當(dāng)前標(biāo)定線振動(dòng)臺(tái)的常用的方法是采用雙頻激光干涉儀，測量線振動(dòng)臺(tái)在振動(dòng)時(shí)臺(tái)子在各個(gè)方向上的扭轉(zhuǎn)位移，再根據(jù)一定的公式換算成扭轉(zhuǎn)的角度。但是這種方法要保證測量的可靠性，光路需要精確地對(duì)準(zhǔn)，對(duì)反射鏡的安裝要求很高。這些因素制約了該方法不能準(zhǔn)確可靠測量線振動(dòng)臺(tái)的三維扭轉(zhuǎn)角速率。這種方法最主要的缺點(diǎn)是傳感器直接測量的是角度，再根據(jù)角度與頻率的關(guān)系，計(jì)算扭轉(zhuǎn)角速率的大小，不能直接得到角速率。還有一個(gè)缺點(diǎn)是不能同時(shí)測量三維的扭轉(zhuǎn)角速率。光纖陀螺是測量角速率的最好傳感器，利用Sagnac效應(yīng)，直接測量載體相對(duì)于慣性空間的角速率。由于其帶寬很高(可達(dá)IMHz)，很高的精度(0.001° /h)，且不需要外部參考物，能實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)臺(tái)扭轉(zhuǎn)的自主測量。通常，光纖慣性測量單元包括三只獨(dú)立的陀螺和三只獨(dú)立的加速度計(jì)，通過光學(xué)系統(tǒng)復(fù)用技術(shù)和集成化技術(shù)將三只獨(dú)立的光纖陀螺集成為一只三軸光纖陀螺，是光纖陀螺集成化和小型化技術(shù)的發(fā)展的新方向。浙江大學(xué)經(jīng)過多年的深入研究，在光纖陀螺三軸集成化研究方面具有深刻認(rèn)識(shí)。線振動(dòng)臺(tái)研制單位根據(jù)浙江大學(xué)的要求研發(fā)出了一臺(tái)線振動(dòng)臺(tái)，浙江大學(xué)研制的三軸集成光纖陀螺在該振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行 6g，10-3kHz的掃頻振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)對(duì)陀螺基本沒有影響，即振動(dòng)時(shí)三軸光纖陀螺的輸出和靜止時(shí)基本一樣。使用該三軸光纖陀螺在另外一個(gè)普通線振動(dòng)臺(tái)上測試時(shí)，可以測出線振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)過程中扭轉(zhuǎn)角速率非常大，達(dá)到50° /s的量級(jí)。發(fā)明一種快速直接可靠的測量方法對(duì)振動(dòng)臺(tái)三維扭轉(zhuǎn)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，對(duì)指導(dǎo)線振動(dòng)臺(tái)研制單位的產(chǎn)品研制具有非常重要意義。將一只三軸光纖陀螺安裝到線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上，保持三個(gè)敏感軸分別與三維扭轉(zhuǎn)軸平行，可以同時(shí)測量對(duì)應(yīng)的三個(gè)正交方向上的扭轉(zhuǎn)角速率，從而快速評(píng)估線振動(dòng)臺(tái)的性能，填補(bǔ)了同時(shí)快速測量振動(dòng)臺(tái)三維扭轉(zhuǎn)角速率的空白，對(duì)于航空航天的發(fā)展意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種線振動(dòng)臺(tái)三維扭轉(zhuǎn)角速率的測量方法。該方法可以直接測量線振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)過程中三個(gè)正交方向上的扭轉(zhuǎn)角速率，該測量方法通過將一只三軸光纖陀螺，安裝到線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上，實(shí)現(xiàn)對(duì)線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面三個(gè)正交方向上扭轉(zhuǎn)角速率的同時(shí)測量，本發(fā)明測量方法實(shí)施步驟如下
步驟(I).將一只三軸光纖陀螺固定在線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上，其中三軸光纖陀螺的第一敏感軸與線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面振動(dòng)方向平行，第二敏感軸與線振動(dòng)臺(tái)面垂直，第三敏感軸與線振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向垂直且平行于線振動(dòng)臺(tái)的臺(tái)面；
步驟(2).啟動(dòng)線振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)源，控制線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面以要求的振動(dòng)方式開始振動(dòng)，測量三軸光纖陀螺的輸出，T時(shí)間后，線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面停止振動(dòng)，得到線振動(dòng)臺(tái)三個(gè)正交方向上的扭轉(zhuǎn)角速率ω 、ω2、ω3 ;
步驟(3).若三軸光纖陀螺的三個(gè)敏感方向與測量線振動(dòng)臺(tái)的三個(gè)正交方向不重合， 通過坐標(biāo)換算得到與線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面振動(dòng)方向平行、與線振動(dòng)臺(tái)面垂直、與線振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向垂直且平行于線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的三個(gè)正交方向的扭轉(zhuǎn)角速率；
所述的時(shí)間T大于I秒鐘；
所述的線振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方式和振動(dòng)時(shí)間中，振動(dòng)方式包括振動(dòng)頻率和振動(dòng)量級(jí)，可根據(jù)線振動(dòng)臺(tái)的測量要求選擇；
所述的步驟(2)中，三軸光纖陀螺的三個(gè)敏感方向相互正交。本發(fā)明方法有益效果
本發(fā)明提供可以同時(shí)測量得到線振動(dòng)臺(tái)三維扭轉(zhuǎn)角速率的方法，比傳統(tǒng)的線振動(dòng)臺(tái)扭轉(zhuǎn)角速率測量方法，精度更高、帶寬更大、操作更快速，測量結(jié)果更可靠。使用本發(fā)明方法進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)扭轉(zhuǎn)性能的評(píng)估，對(duì)指導(dǎo)線振動(dòng)臺(tái)研制單位具有非常重要意義。本發(fā)明方法填補(bǔ)了同時(shí)測量振動(dòng)臺(tái)三維扭轉(zhuǎn)角速率的空白，對(duì)于航空航天的發(fā)展意義重大。


圖I為本發(fā)明中測量線振動(dòng)臺(tái)在三個(gè)正交方向上的扭轉(zhuǎn)角速率測量方法示意圖； 圖中1.三軸光纖陀螺；2.線振動(dòng)臺(tái)基座；3.線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面；4.隔振地基；5.線振
動(dòng)臺(tái)振動(dòng)源。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖所示對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說明。如圖I所示，是測量線振動(dòng)臺(tái)在三個(gè)正交方向上的扭轉(zhuǎn)角速率的方法示意圖，將一只三軸光纖陀螺I通過工裝安裝到線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面3上，三軸光纖陀螺I同時(shí)測量線振動(dòng)臺(tái)的三維扭轉(zhuǎn)角速率，其中三軸光纖陀螺I的一個(gè)敏感軸Y’與線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面3的振動(dòng)方向 Y平行，另一個(gè)敏感軸X’與線振動(dòng)臺(tái)面3垂直，即與X方向平行，第三個(gè)敏感軸Z’垂直于線振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向Y且平行于線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面3，即與Z方向平行，振動(dòng)臺(tái)基座2位于線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面3的正下方，振動(dòng)臺(tái)基座2放置于隔振地基4上，隔振地基4起到隔離外部環(huán)境振動(dòng)的作用。具體測量步驟如下
步驟(I).如圖I所示，將三軸光纖陀螺I通過工裝固定在線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面3上，三軸光纖陀螺I的一個(gè)敏感軸Y’與線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面3振動(dòng)方向Y平行，還有一個(gè)敏感軸X’與線振動(dòng)臺(tái)面3垂直，第三個(gè)敏感軸V垂直于線振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向Y且平行于線振動(dòng)臺(tái)的臺(tái)面3 ； 步驟(2).啟動(dòng)線振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)源5，控制線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面3以要求的振動(dòng)方式開始振動(dòng)， 測量三軸光纖陀螺I的輸出，T時(shí)間后，線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面3停止振動(dòng)，得到線振動(dòng)臺(tái)分別沿X、 Y、Z三維正交方向上的扭轉(zhuǎn)角速率ω 、ω2、ω3 ;
步驟(3).若三軸光纖陀螺的三個(gè)敏感方向與測量線振動(dòng)臺(tái)的三個(gè)正交方向不重合， 通過坐標(biāo)換算得到與線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面振動(dòng)方向平行、與線振動(dòng)臺(tái)面垂直、與線振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向垂直且平行于線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的三個(gè)正交方向的扭轉(zhuǎn)角速率；
所述的時(shí)間T大于I秒鐘；
所述的線振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方式和振動(dòng)時(shí)間中，振動(dòng)方式包括振動(dòng)頻率和振動(dòng)量級(jí)，可根據(jù)線振動(dòng)臺(tái)的測量要求選擇。所述的步驟(I)中，三軸光纖陀螺I的三個(gè)敏感方向Χ’、Υ’、Ζ’相互正交。
權(quán)利要求
1.一種線振動(dòng)臺(tái)三維扭轉(zhuǎn)角速率的測量方法，其特征在于如下步驟步驟(I).將一只三軸光纖陀螺固定在線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上，其中三軸光纖陀螺的第一敏感軸與線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面振動(dòng)方向平行，第二敏感軸與線振動(dòng)臺(tái)面垂直，第三敏感軸與線振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向垂直且平行于線振動(dòng)臺(tái)的臺(tái)面；步驟(2).啟動(dòng)線振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)源，控制線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面以要求的振動(dòng)方式開始振動(dòng)，測量三軸光纖陀螺的輸出，T時(shí)間后，線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面停止振動(dòng)，得到線振動(dòng)臺(tái)三個(gè)正交方向上的扭轉(zhuǎn)角速率ω 、ω2、ω3 ;所述的時(shí)間T大于I秒鐘；所述的線振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方式和振動(dòng)時(shí)間中，振動(dòng)方式包括振動(dòng)頻率和振動(dòng)量級(jí)，可根據(jù)線振動(dòng)臺(tái)的測量要求選擇；所述的步驟(2)中，三軸光纖陀螺的三個(gè)敏感方向相互正交。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種線振動(dòng)臺(tái)三維扭轉(zhuǎn)角速率的測量方法，其特征在于若三軸光纖陀螺的三個(gè)敏感方向與測量線振動(dòng)臺(tái)的三個(gè)正交方向不重合，通過坐標(biāo)換算得到與線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面振動(dòng)方向平行、與線振動(dòng)臺(tái)面垂直、與線振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向垂直且平行于線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的三個(gè)正交方向的扭轉(zhuǎn)角速率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種線振動(dòng)臺(tái)三維扭轉(zhuǎn)角速率的測量方法?，F(xiàn)有測量方法是通過測量角度來測量角速率的，且不能同時(shí)測量線振動(dòng)臺(tái)的三維扭轉(zhuǎn)角速率，其精度和可靠性不能保證，本發(fā)明方法使用一只三軸集成光纖陀螺同時(shí)測量線振動(dòng)臺(tái)在不同線振動(dòng)頻率下三個(gè)正交方向上的附加扭轉(zhuǎn)角速率。將一只三軸集成光纖陀螺安裝到線振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上，保持三個(gè)敏感軸分別與三維扭轉(zhuǎn)軸平行，同時(shí)測量對(duì)應(yīng)的三個(gè)正交方向上的扭轉(zhuǎn)角速率，以此評(píng)估線振動(dòng)臺(tái)的性能。本發(fā)明方法對(duì)指導(dǎo)線振動(dòng)臺(tái)研制單位具有非常重要意義，填補(bǔ)了同時(shí)測量振動(dòng)臺(tái)三維扭轉(zhuǎn)角速率的空白，對(duì)于航空航天的發(fā)展意義重大。
文檔編號(hào)G01C25/00GK102590550SQ201210007439
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者劉承, 史金罡, 張登偉, 舒曉武, 趙宇翔, 車雙良 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)