一種光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償方法，其技術(shù)特點(diǎn)是包括步驟1、測(cè)量得到光纖陀螺溫度梯度系數(shù)和光纖陀螺溫度系數(shù)之和；步驟2、測(cè)量得到該溫度點(diǎn)下的光纖陀螺溫度系數(shù)；將步驟1測(cè)試得到的光纖陀螺溫度梯度系數(shù)和光纖陀螺溫度系數(shù)之和減去步驟2測(cè)試得到的光纖陀螺溫度系數(shù)，得到精確的光纖陀螺溫度梯度系數(shù)；將步驟2和步驟3測(cè)試得到的兩組光纖陀螺在不同溫度點(diǎn)下的溫度系數(shù)及溫度梯度系數(shù)分別進(jìn)行分段建模和補(bǔ)償。本發(fā)明通過(guò)兩種溫度環(huán)境測(cè)試分別提取光纖陀螺在每個(gè)溫度點(diǎn)上的溫度及溫度梯度系數(shù)，并對(duì)兩組系數(shù)曲線進(jìn)行分段處理，實(shí)現(xiàn)光纖陀螺零偏漂移的分段溫度補(bǔ)償功能，適合不同型號(hào)或精度的光纖陀螺零偏漂移的補(bǔ)償。
【專利說(shuō)明】
一種光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光釬陀螺儀技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖陀螺是一種新型的全固態(tài)角速率傳感器，具有成本低、壽命長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)范圍大和 可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用于軍用及民用領(lǐng)域。當(dāng)光纖陀螺工作環(huán)境的溫度發(fā)生變 化時(shí)，其輸出偏置發(fā)生較大漂移，嚴(yán)重降低光纖陀螺的精度。原因是由于其核心敏感部件 (光纖環(huán)圈）受溫度及溫度梯度產(chǎn)生的非互異性相位誤差，從而導(dǎo)致光纖陀螺輸出零偏發(fā)生 漂移，此誤差稱之為SHUPE誤差。
[0003] 光纖陀螺常用的溫度誤差建模方法有線性回歸模型、多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等，前者 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工程實(shí)現(xiàn)容易，缺點(diǎn)是非線性補(bǔ)償能力弱；后者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，參數(shù)多，其將物理過(guò)程 看做一個(gè)黑箱模型，非線性函數(shù)逼近效果能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是在不同溫度環(huán)境下的適用性差，工 程實(shí)現(xiàn)難。與此同時(shí)，由于光纖環(huán)圈的繞制精度、膠體和結(jié)構(gòu)應(yīng)力等參數(shù)的影響，會(huì)導(dǎo)致不 同溫度下的陀螺溫度系數(shù)變化，從而使得常規(guī)補(bǔ)償方法的補(bǔ)償效果不理想。因此，迫切需要 建立一種有效且易于工程實(shí)現(xiàn)的光纖陀螺溫度系數(shù)精確測(cè)試和補(bǔ)償方法以提升光纖陀螺 的環(huán)境適應(yīng)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有設(shè)計(jì)的不足，提供一種光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償 方法，解決光纖陀螺的精度低和環(huán)境適應(yīng)性差的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1、將光纖陀螺置于溫箱內(nèi)，在光纖陀螺內(nèi)部溫度溫變速率cT的溫度范圍內(nèi)， 測(cè)量升溫及降溫條件下每個(gè)溫度點(diǎn)的光纖陀螺輸出，得到該溫度點(diǎn)下的光纖陀螺溫度梯度 系數(shù)和光纖陀螺溫度系數(shù)之和；
[0008] 步驟2、在光纖陀螺內(nèi)部溫度保持恒定變溫速率的溫度范圍內(nèi)，測(cè)量對(duì)應(yīng)每個(gè) 溫度點(diǎn)的光纖陀螺輸出，得到該溫度點(diǎn)下的光纖陀螺溫度系數(shù)；
[0009] 步驟3、將步驟1測(cè)試得到的光纖陀螺溫度梯度系數(shù)和光纖陀螺溫度系數(shù)之和減去 步驟2測(cè)試得到的光纖陀螺溫度系數(shù)，得到精確的光纖陀螺溫度梯度系數(shù)；
[0010] 步驟4、將步驟2和步驟3測(cè)試得到的兩組光纖陀螺在不同溫度點(diǎn)下的溫度系數(shù)及 溫度梯度系數(shù)分別進(jìn)行分段建模和補(bǔ)償。
[0011] 所述步驟1的溫度范圍為:Tmax+ Δ TjljTmin- Δ T2，Tmax和Tmin分別為待測(cè)溫度的最高 值和最低值，A Τ4Ρ Δ T2的分別表示溫度增加量和溫度減小量，Δ Τ4Ρ Δ T2大小選取原則 是:保證光纖陀螺在溫度Tmax和Tmin范圍內(nèi)的陀螺內(nèi)部溫變速率為0Γ。
[0012] 所述步驟2的溫度范圍為:1'_+&1'1到1^-&了2，1'_和1^分別為待測(cè)溫度的最高 值和最低值，A TjP △ T2的分別表示溫度增加量和溫度減小量，所述變溫速率的選取原 則是:保證其對(duì)光纖陀螺偏置漂移的影響小于光纖陀螺自身精度水平，該變溫速率sr'的最 大值按如下公式求得：
[0014] 式中，0夂為光纖陀螺在溫變速率條件下的最大溫度梯度系數(shù)，〇3為光纖陀 螺精度。
[0015] 所述步驟4在進(jìn)行分段建模和補(bǔ)償時(shí)，分段拐點(diǎn)的選取原則是將其選在連續(xù)系數(shù) 變化的拐點(diǎn)上。
[0016] 所述光纖陀螺安裝在溫箱內(nèi)的連接工裝上，該連接工裝固裝在隔振基座用于隔離 環(huán)境振動(dòng)的影響。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0018] 1、本發(fā)明通過(guò)兩種溫度環(huán)境測(cè)試分別提取光纖陀螺在每個(gè)溫度點(diǎn)上的溫度及溫 度梯度系數(shù)，并對(duì)兩組系數(shù)曲線進(jìn)行分段處理，最后通過(guò)FPGA或者DSP等邏輯芯片實(shí)現(xiàn)光纖 陀螺零偏漂移的分段溫度補(bǔ)償功能；同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)溫箱溫度范圍和變溫速率，可以適合不 同型號(hào)或精度的光纖陀螺零偏漂移的補(bǔ)償。
[0019] 2、本發(fā)明采用基于物理機(jī)理且易于工程實(shí)現(xiàn)的溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償方法可以實(shí) 現(xiàn)光纖陀螺零偏漂移的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，提高實(shí)際應(yīng)用條件下的光纖陀螺精度和環(huán)境適應(yīng)性。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試裝置示意圖；
[0021 ]圖2為光纖陀螺溫度系數(shù)及溫度梯度系數(shù)之和測(cè)試的溫箱設(shè)置溫度曲線；
[0022] 圖3為光纖陀螺溫度系數(shù)及溫度梯度系數(shù)之和測(cè)試的曲線示意圖；
[0023] 圖4為光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試的溫箱設(shè)置溫度曲線；
[0024] 圖5為光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試的曲線示意圖；
[0025]圖1中，卜光釬陀螺，2-溫箱，3-連接工裝，4-隔振基座。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述：
[0027] -種光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償方法，包括以下步驟：
[0028] 步驟1、將光纖陀螺置于溫箱內(nèi)，在光纖陀螺內(nèi)部溫度溫變速率為er的溫度范圍 內(nèi)，測(cè)量升溫及降溫條件下每個(gè)溫度點(diǎn)的光纖陀螺輸出，得到該溫度點(diǎn)下的光纖陀螺溫度 梯度系數(shù)和光纖陀螺溫度系數(shù)Κτ之和。
[0029] 如圖1所示，將光纖陀螺1置于溫箱2內(nèi)的連接工裝3上，該連接工裝固裝在隔振基 座4上以隔離環(huán)境振動(dòng)的影響。該連接工裝通過(guò)軟質(zhì)材料與溫箱箱體連接，可以隔離外界環(huán) 境對(duì)溫箱溫度控制的影響，又不會(huì)將溫箱箱體的振動(dòng)傳遞到連接工裝。
[0030] 設(shè)定光纖陀螺溫度梯度系數(shù)待測(cè)溫度范圍為TmajPTmin (例如+40 °C~-20 °C)，如圖 2所示的溫箱變溫曲線，變溫速率為欲(例如0. l°C/min)，溫度范圍由Tmax+ Δ TgljTmin- Δ T2 (例如+50°C~_30°C)。Δ TdP Δ Τ2的大小選取原則是，保證光纖陀螺在溫度Tmax和Tmin范圍內(nèi) 陀螺內(nèi)部溫變速率為Sf。
[0031] 如圖3所示，在光纖陀螺內(nèi)部溫度溫變速率為SF的溫度范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)升溫及降溫 條件下每個(gè)溫度點(diǎn)的光纖陀螺輸出即為該溫度點(diǎn)下的光纖陀螺溫度梯度系數(shù)和溫度系 數(shù)Κτ之和。
[0032] 步驟2、在光纖陀螺內(nèi)部溫度保持恒定變溫速率5F'的溫度范圍內(nèi)，測(cè)量對(duì)應(yīng)每個(gè) 溫度點(diǎn)的光纖陀螺輸出，得到該溫度點(diǎn)下的光纖陀螺溫度系數(shù)Κτ。
[0033] 設(shè)定光纖陀螺溫度系數(shù)待測(cè)溫度范圍為TmajPTmin(例如+40°C~_20°C)，如圖4所 示的溫箱變溫曲線，變溫速率為沏'（例如〇. 〇 1°C /miη)，溫度范圍由Tmax+ Δ ?\到Tmin- Δ T2 (例 如+50°C~_30°C)。變溫速率0Γ的選取原則是:保證其對(duì)光纖陀螺偏置漂移的影響小于光 纖陀螺自身精度水平。變溫速率0Γ'的最大值可以按如下公式求得：
[0035] 式中，·^_為光纖陀螺在變溫速率1°C/min條件下的最大溫度梯度系數(shù)，為光 纖陀螺精度。
[0036] 如圖5所示，在光纖陀螺內(nèi)部溫度保持恒定變溫速率0Γ'的溫度范圍內(nèi)，優(yōu)于溫度 梯度(：Γ引起的光纖陀螺零偏變化小于其精度水平，可以忽略不計(jì)。此時(shí)，對(duì)應(yīng)每個(gè)溫度點(diǎn) 的光纖陀螺輸出即為該溫度點(diǎn)下的光纖陀螺溫度系數(shù)Κτ。
[0037] 步驟3、將步驟1測(cè)試得到的光纖陀螺溫度梯度系數(shù)@心和光纖陀螺溫度系數(shù)Κτ之 和減去步驟2測(cè)試得到的光纖陀螺溫度系數(shù)Κτ，得到精確的光纖陀螺溫度梯度系數(shù)。 [0038]本步驟是對(duì)光纖陀螺溫度梯度系數(shù)的修正。
[0039] 步驟4、將步驟2和步驟3測(cè)試得到的兩組光纖陀螺在不同溫度點(diǎn)下的溫度系數(shù)Κτ 及溫度梯度系數(shù)<5&分別進(jìn)行分段建模和補(bǔ)償。
[0040] 在本步驟中，為適合其在FPGA或者DSP等運(yùn)算芯片中實(shí)現(xiàn)光纖陀螺的零偏漂移補(bǔ) 償，將步驟2和步驟3測(cè)試得到的兩組光纖陀螺在不同溫度點(diǎn)下的溫度系數(shù)Κτ及溫度梯度系 數(shù)各自進(jìn)行分段建模和補(bǔ)償，分段拐點(diǎn)的選取原則是將其選在連續(xù)系數(shù)變化的拐點(diǎn)上。
[0041] 需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包 括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案 得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1、將光纖陀螺置于溫箱內(nèi)，在光纖陀螺內(nèi)部溫度溫變速率δΓ的溫度范圍內(nèi)，測(cè)量 升溫及降溫條件下每個(gè)溫度點(diǎn)的光纖陀螺輸出，得到該溫度點(diǎn)下的光纖陀螺溫度梯度系數(shù) 和光纖陀螺溫度系數(shù)之和； 步驟2、在光纖陀螺內(nèi)部溫度保持恒定變溫速車「7的溫度范圍內(nèi)，測(cè)量對(duì)應(yīng)每個(gè)溫度點(diǎn) 的光纖陀螺輸出，得到該溫度點(diǎn)下的光纖陀螺溫度系數(shù)； 步驟3、將步驟1測(cè)試得到的光纖陀螺溫度梯度系數(shù)和光纖陀螺溫度系數(shù)之和減去步驟 2測(cè)試得到的光纖陀螺溫度系數(shù)，得到精確的光纖陀螺溫度梯度系數(shù)； 步驟4、將步驟2和步驟3測(cè)試得到的兩組光纖陀螺在不同溫度點(diǎn)下的溫度系數(shù)及溫度 梯度系數(shù)分別進(jìn)行分段建模和補(bǔ)償。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償方法，其特征在于:所述步 驟1的溫度范圍為= Tmax+ Δ TgIjTmin- Δ T2，Tma4PTmiA別為待測(cè)溫度的最高值和最低值，Δ T1 和A T2的分別表示溫度增加量和溫度減小量，△ TjP △ T2大小選取原則是:保證光纖陀螺在 溫度WPTmir^圍內(nèi)的陀螺內(nèi)部溫變速率為 a3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償方法，其特征在于:所述步 驟2的溫度范圍為:Tmax+ Δ TgIjTmin- Δ T2，Tma4PTmiA別為待測(cè)溫度的最高值和最低值，Δ T1 和A T2的分別表示溫度增加量和溫度減小量，所述變溫速率0Γ'的選取原則是:保證其對(duì)光 纖陀螺偏置漂移的影響小于光纖陀螺自身精度水平，該變溫速率的最大值按如下公式 求得：式中，1^_為光纖陀螺在溫變速率8Γ條件下的最大溫度梯度系數(shù)，Ω s為光纖陀螺精 度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償方法，其特征在于:所述步 驟4在進(jìn)行分段建模和補(bǔ)償時(shí)，分段拐點(diǎn)的選取原則是將其選在連續(xù)系數(shù)變化的拐點(diǎn)上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種光纖陀螺溫度系數(shù)測(cè)試和補(bǔ)償方法，其特征在 于:所述光纖陀螺安裝在溫箱內(nèi)的連接工裝上，該連接工裝固裝在隔振基座用于隔離環(huán)境 振動(dòng)的影響。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK106017511SQ201610623262
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月28日
【發(fā)明人】楊志懷, 馬林, 左文龍, 張曉雅, 宋麗薇, 高洪宇
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七0七研究所