利用光纖陀螺測量轉臺臺面與轉臺旋轉軸角度偏差的方法

2023-06-02 14:29:31

專利名稱：利用光纖陀螺測量轉臺臺面與轉臺旋轉軸角度偏差的方法
技術領域：
本發明涉及利用光纖陀螺測量轉臺臺面與轉臺旋轉軸角度偏差，屬於光纖陀螺應用領域。
背景技術：
目前的轉臺調平技術，針對的是轉臺臺面與轉臺所在水平面之間的水平度調整。主要以光學手段測量轉臺臺面與轉臺所在水平面之間的水平度，通過調整轉臺基座的調高機構改變整個轉臺的傾角，最終使得轉臺臺面與所在水平面平行。但是轉臺在使用過程中，由於所加負載的不均勻性和負載安裝的不對稱性，臺面各處承受不同的壓力，長期積累會導致轉臺臺面的微小傾斜，此外，由於使用過程中的長期 磨損，也會導致轉臺臺面的不平整，造成轉臺臺面一定的傾斜，即臺面垂線與轉臺旋轉軸之 間不再平行，形成一定的角度偏差e，此角度誤差一般很小，小於1°。當使用傳統的轉臺調平技術對存在此缺陷的轉臺進行進行水平度修正後，轉臺臺面與水平面平行，但是臺面垂線與轉臺旋轉軸之間的角度偏差e仍然存在，無法修正。光纖陀螺是一種新型的角速度測量儀，具有很高的測量精度和較大的量程。當一臺光纖陀螺儀安裝在某一速率轉臺上，敏感軸朝天向，即光纖陀螺的敏感軸與轉臺臺面垂直，此時光纖陀螺儀敏感到的角速度《是地球自轉角速度投影量和轉臺轉動速率在其敏感軸上的投影量之和W = O 地投+ O 轉 cos 0 (I)對於有缺陷的轉臺，e不為零，光纖陀螺敏感角速度與理論輸入存在偏差，這會對光纖陀螺的測試，特別是標定因數的測試帶來誤差。因此需要對轉臺臺面垂線和轉臺旋轉軸之間的角度偏差進行測量。而目前尚無對此角度偏差進行精確測量的方法。壓電陶瓷(PZT)作為可控制高解析度的微位移器件已經在光學測量、精密工程、天文主動光學以及光纖對焊等方面有廣泛用途，其位移解析度可達nm級。若將底面邊緣裝有一長條形的高位移解析度PZT，對應邊裝有等高墊塊的測試部件放置於某一檯面上，PZT和墊塊均與與臺面的X軸重合，墊塊用彈性螺釘與臺面固定。彈性螺釘是在普通螺釘的基礎上，添加了一個具有一定厚度的橡膠墊圈，橡膠墊圈受外力作用時，產生相應形變，這樣既能保證螺釘豎直方向上的固定，同時當受力變化時，也能產生相應的位移變化。逐步提高PZT的供電電壓，則PZT的形變抬升了測試部件，使得測試部件在Y軸向上的傾角產生了變化，按下式計算傾角大小
權利要求
1.一種利用光纖陀螺測量轉臺臺面與轉臺旋轉軸角度偏差的方法，其特徵在於該方法的步驟如下 (1)將安裝有光纖陀螺的測試部件按預定安裝方式裝在轉臺檯面上； (2)按預定採集方式採集光纖陀螺轉動一周的輸出數據，並按照預定策略調整測試參數，採集光纖陀螺對應輸出序列，由此求解X軸向角度偏差0 x ； (3)重複步驟(2),求解Y軸向角度偏差0Y,由此計算轉臺臺面與轉臺旋轉軸之間的角度偏差。
2.根據權利要求I所述的一種利用光纖陀螺測量轉臺臺面與轉臺旋轉軸角度偏差的方法，其特徵在於所述測試部件包括光纖陀螺和直角工裝，光纖陀螺安裝在直角工裝內側面，直角工裝底面兩邊緣分別放置有正交布置的壓電陶瓷，直角工裝底面另外兩邊緣各設有與壓電陶瓷等高的墊塊，當兩塊壓電陶瓷的電壓均為OV時，光纖陀螺的敏感軸與兩塊壓電陶瓷和兩塊墊塊形成的平面平行。
3.根據權利要求I所述的一種利用光纖陀螺測量轉臺臺面與轉臺旋轉軸角度偏差的方法，其特徵在於按步驟(I)所述的預定安裝方式，第一塊壓電陶瓷和第一塊墊塊與轉臺臺面X軸重合，第二塊壓電陶瓷和第二塊墊塊與轉臺臺面Y軸重合，兩塊墊塊與轉臺之間用彈性螺釘固定；當兩塊壓電陶瓷的電壓均為OV時，光纖陀螺敏感軸與轉臺旋轉軸形成夾角90° -0，0為所需測量的轉臺臺面垂線與轉臺旋轉軸之間的角度偏差，此時轉臺轉速COff在光纖陀螺敏感軸上的投影量為《胃 sin 0。
4.根據權利要求I所述的一種利用光纖陀螺測量轉臺臺面與轉臺旋轉軸角度偏差的方法，其特徵在於按步驟(2)所述預定採集方式採集光纖陀螺轉動一周的輸出數據，設X軸向的壓電陶瓷電壓為Vx，Y軸向的壓電陶瓷電壓為VY，轉臺以轉速啟動，計算機採集光纖陀螺從轉臺O。角度位置開始轉動一周的輸出數據《，所述輸出數據《與有關。
5.根據權利要求I所述的一種利用光纖陀螺測量轉臺臺面與轉臺旋轉軸角度偏差的方法，其特徵在於按照預定策略調整測試參數，採集光纖陀螺對應輸出序列，求解X軸向角度偏差Q X的步驟如下 (5. 1)X軸向上的壓電陶瓷和墊塊均不與臺面固定，並設X軸向的壓電陶瓷電壓Vx=OV,Y軸向上的壓電陶瓷用粘合劑與臺面固定，Y軸向上的墊塊用彈性螺釘與臺面固定，設Y軸向上的壓電陶瓷電壓VY=0V，設轉臺轉速±1° /s，分別採集光纖陀螺從轉臺0°角度位置開始轉動一周的輸出數據出記為《(1，0，0)和《 (_1，0，0)，對轉臺轉速-1° /s時的光纖陀螺輸出序列《 (-1，0，0)求逆序數列《 』(-1，0, 0)，按照下式計算地球自轉在光纖陀螺敏感軸上的分量w地
6.根據權利要求I所述的一種利用光纖陀螺測量轉臺臺面與轉臺旋轉軸角度偏差的方法，其特徵在於按照預定策略調整測試參數，採集光纖陀螺對應輸出序列，求解Y軸向角度偏差Q Y的步驟如下 (6. I) X軸向上的壓電陶瓷用粘合劑與臺面固定，X軸向上的墊塊用彈性螺釘與臺面固定，並設X軸向的壓電陶瓷電壓Vx=0V，Y軸向上的壓電陶瓷和墊塊均不與臺面固定，設Y軸向上的壓電陶瓷電壓VY=0V，設轉臺轉速±1° /s，分別採集光纖陀螺從轉臺0°角度位置開始轉動一周的輸出數據出記為《(1，0，0)和《 (_1，0，0)，對轉臺轉速-1° /s時的光纖陀螺輸出序列《 (-1，0，0)求逆序數列《 』(-1，0, 0)，按照下式計算地球自轉在光纖陀螺敏感軸上的分量w地W 地=[ (1,0,0) + ' (-1,0,0)]^2 (6. 2)設定轉臺轉速300 ° /s，設定X軸向的壓電陶瓷電壓Vx=± 1000V，保持Y軸向的壓電陶瓷電壓VY=0V，分別採集光纖陀螺從轉臺0°角度位置開始轉動一周的輸出，記為 wY(300, 1000,0)和 oY(300，-1000,0)，比較 oY(300, 1000，0)-o 地和 wY(300，-1000，0)-w 地的大小，若《Y(300, 1000，0)-w 地 <oY(300,-1000，0)-w地，則X軸向的壓電陶瓷所加電壓序列應為正電壓序列；若coy(300，1000, 0)-Co地
7.根據權利要求I所述的一種利用光纖陀螺測量轉臺臺面與轉臺旋轉軸角度偏差的方法，其特徵在於計算轉臺臺面與轉臺旋轉軸角度偏差的方法如下，由所得到的X軸向角度偏差ex，Y軸向角度偏差eY，按下式計算轉臺臺面垂線與轉臺旋轉軸之間的偏差角的絕對值I e I為.6 = tan-1 (Jtan2 Ox + tan2 Oy) 方向由0)(，0Y確定。
全文摘要
本發明公開了一種利用光纖陀螺測量轉臺臺面與轉臺旋轉軸角度偏差的方法。主要步驟是將測試部件安裝於轉臺臺面，利用壓電陶瓷(PZT)調節光纖陀螺敏感軸與轉臺旋轉軸之間的角度。轉臺以小於光纖陀螺最大輸入角速度的轉速轉動。當PZT加載電壓序列時，採集光纖陀螺對應輸出，擬合數據得出轉臺臺面與轉臺旋轉軸之間的角度偏差，為轉臺臺面角度偏差的修正和轉臺測試的誤差分析提供了理論依據。利用現有精度為0.1°/h，最大輸入角速度為300°/s的光纖陀螺，角度偏差的測量精度可達。該方法實現了對轉臺臺面與轉臺旋轉軸之間的角度偏差的測量，具有理論精度高，相對傳統光學測試手段操作簡單可靠，可在線測試等優點。
文檔編號G01P9/00GK102749477SQ20121023966
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者趙辛, 陳杏藩, 高曉文 申請人:浙江大學