CN102175264B - 一种测量光纤陀螺带宽的方法 - Google Patents

一种测量光纤陀螺带宽的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102175264B
CN102175264B CN2011100243334A CN201110024333A CN102175264B CN 102175264 B CN102175264 B CN 102175264B CN 2011100243334 A CN2011100243334 A CN 2011100243334A CN 201110024333 A CN201110024333 A CN 201110024333A CN 102175264 B CN102175264 B CN 102175264B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fibre
fibre gyro
bandwidth
signal
response signals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2011100243334A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102175264A (zh
Inventor
薛宁
刘瑞
张超
王磊
舒晓武
陈杏藩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN2011100243334A priority Critical patent/CN102175264B/zh
Publication of CN102175264A publication Critical patent/CN102175264A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102175264B publication Critical patent/CN102175264B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种测量光纤陀螺带宽的方法。它的步骤如下：1)由突停台1产生角速度阶跃信号作为光纤陀螺2的带宽测试输入信号，突停台产生的输入阶跃信号上升时间小于10微秒，截止频率大于100千赫兹，覆盖了光纤陀螺2的带宽范围；2)由信号采集系统3高速采集光纤陀螺2的阶跃响应信号并上传数据处理系统4，信号采集系统3采集光纤陀螺数据的时间周期tc小于5微秒，典型值为3微秒；3)由数据处理系统4解算得到阶跃响应信号的上升时间及光纤陀螺2带宽。本发明不需要复杂的控制方法及仪器设备，操作简单，测量范围大，能够快速、准确的测量光纤陀螺的带宽。

Description

一种测量光纤陀螺带宽的方法
技术领域
本发明涉及一种测量光纤陀螺带宽的方法，能够快速准确的测量光学陀螺的带宽。
背景技术
   光纤陀螺是一种基于光学赛格奈克效应的角速度传感器。频率特性是衡量光纤陀螺动态性能的一项重要指标，频率特性测试也是衡量光纤陀螺性能的一项重要内容。在光纤陀螺的通频带中，光纤陀螺不失真的反映角速度信号。
      传统的测试光纤陀螺带宽的方法有：采用角振动台测量带宽或者采用在反馈阶梯波上输入正弦波模拟角速度输入来测量光纤陀螺频率特性。采用角振动台测量光纤陀螺带宽有其局限性：角振动台的频率上限不高，一般小于200hz，而光纤陀螺却是大带宽的传感器，典型光纤陀螺带宽能达到2000hz左右，角振动台无法在全频带测量光纤陀螺带宽。当光纤陀螺的频带高于角振动台的频率上限时，角振动台就无法测量光纤陀螺的频率特性。采用输入正弦波模拟角速度输入测量光纤陀螺的方法：通过在反馈阶梯波上输入等效不同频率正弦波来模拟角速度输入，对光纤陀螺解调输出波形幅值进行判断得到光纤陀螺带宽。这种方法是一种模拟仿真输入角速度来测试光纤陀螺带宽的方法，与实际光纤陀螺应用环境和角速度输入方式有差距，不能真实反映光纤陀螺的带宽。
发明内容
本发明的目的是针对目前光纤陀螺研究中，光纤陀螺带宽的测试问题提供一种简单的测试光纤陀螺带宽的方法，利用预先建立的模型，通过输入一个阶跃信号，测量光纤陀螺的阶跃响应曲线，从而得到阶跃响应信号上升时间，进而得到光纤陀螺的带宽。
测量光纤陀螺带宽的方法的步骤如下：
1).由突停台1产生角速度阶跃信号作为光纤陀螺2的带宽测试输入信号，突停台产生的输入阶跃信号上升时间小于10微秒，截止频率大于100千赫兹，覆盖了光纤陀螺2的带宽范围；
2).由信号采集系统3高速采集光纤陀螺2的阶跃响应信号并上传数据处理系统4，信号采集系统3采集光纤陀螺数据的时间周期tc小于5微秒，典型值为3微秒；
3).由数据处理系统4解算得到阶跃响应信号的上升时间及光纤陀螺2带宽。
所述的由数据处理系统4解算得到阶跃响应信号的上升时间及光纤陀螺2带宽步骤为：
（1）数据处理系统4判断光纤陀螺阶跃响应信号的变化时刻和稳定时刻。阶跃信号输入前，光纤陀螺2以稳定角速度                                                旋转，光纤陀螺2输出值为k×，其中k为光纤陀螺标度因数，
Figure 651043DEST_PATH_IMAGE001
为角速度。阶跃信号输入后，光纤陀螺2的输出发生变化。光纤陀螺2输出值变为0.9×k×
Figure 140799DEST_PATH_IMAGE001
的时刻记为光纤陀螺阶跃响应信号的变化时刻，光纤陀螺2输出值变为0.1×k×
Figure 29121DEST_PATH_IMAGE001
的时刻记为光纤陀螺阶跃响应信号的稳定时刻；
（2）通过计算阶跃响应信号变化时刻与稳定时刻之间信号采集系统的采集周期的个数及采集周期长度来解算阶跃响应信号的上升时间。变化时刻信号采集系统3的采集周期序号为kb，稳定时刻采集周期序号为ke，两时刻之间的采集周期个数为(ke-kb)，则上升时间tr=(ke-kb) ×tc；
（3）由光纤陀螺2阶跃响应信号上升时间得其带宽：f=1/ tr=1/[(ke-kb)×tc]。
本方法的有益效应：提供了一种简单并且能够实际应用的测量光纤陀螺带宽的方法。运用该方法能够在很短时间内得到光纤陀螺的带宽，测量范围大。
附图说明
图1是测量光纤陀螺带宽的方法的原理图；
图2是突停台运转过程示意图；
图3是突停台停止过程示意图；
图4是光纤陀螺阶跃响应信号的模拟图；
图5是光纤陀螺阶跃响应信号的实测图。
图中：突停台1、光纤陀螺2、信号采集系统3、数据处理系统4、突停台台面5、突停台台面刚性块6、电磁铁7、模拟阶跃信号输入曲线8、模拟光纤陀螺阶跃响应曲线9、实测阶跃信号输入曲线10、实测光纤陀螺阶跃响应曲线11。
具体实施方式
本发明的原理：            
光纤陀螺是角速度传感器，从角速度输入到光纤陀螺输出是一个信号处理过程。理论上，光纤陀螺的输出增益和相位差与角速度输入频率无关。但光纤陀螺的传递函数为一个惯性环节。在角速度输入到光纤陀螺输出过程中，光纤陀螺是一个低通滤波器，对于不在光纤陀螺通频带内的角速度信号，光纤陀螺不能无失真的反映角速度值。根据信号与系统原理，在理想低通滤波器的截止频率范围内，低通滤波器的频域特性可以表示为：
Figure 98577DEST_PATH_IMAGE003
                                                                                           （1）
其中
Figure 919903DEST_PATH_IMAGE002
c为滤波器的截止频率，
Figure 331292DEST_PATH_IMAGE002
为频率，j为虚数单位，e为自然对数的底，t为时间。
理想的阶跃信号上升时间为0，其形式为：
Figure 2011100243334100002DEST_PATH_IMAGE004
                                                                                  （2）
考虑阶跃信号u(t)通过理想低通滤波器的阶跃响应s(t)：
Figure 425019DEST_PATH_IMAGE005
                                                                        （3）
阶跃信号输入理想低通滤波器，滤波器的截止频率越高，阶跃响应信号的上升时间按越短。阶跃响应信号的上升时间tr与系统的截止频率f成反比：
tr=1/f                                                                                                                                （4）
其中上升时间tr为光纤陀螺输出值由0.9倍的输出值到变化到0.1倍的输出值所需时间，也即是从光纤陀螺输出变化到输出稳定之间的时间。
根据公式（4）得知：只要得到阶跃响应时间tr，就可推得光纤陀螺的带宽。
阶跃信号输入是通过突停台产生，突停台是一种通过刚性碰撞外加电磁铁吸引作用将单轴速率转台由转动状态瞬间变为停止状态的突停装置。突停台产生的阶跃信号作为光纤陀螺带宽测试的输入信号。
测量光纤陀螺带宽的方法的步骤如下：
1).由突停台1产生角速度阶跃信号作为光纤陀螺2的带宽测试输入信号，突停台产生的输入阶跃信号上升时间小于10微秒，截止频率大于100千赫兹，覆盖了光纤陀螺2的带宽范围；
 阶跃信号输入方式是通过突停台输入；将光纤陀螺固定在突停台上，开始时，突停台以光纤陀螺测量范围内的角速度做匀速转动，某一时刻突停台突然停止转动，运动状态由匀速运转的运动状态变成停止，角速度由一个恒定值瞬间变为零，固定在突停台上的光纤陀螺感受到一个阶跃信号输入，光纤陀螺输出阶跃响应信号。
2).由信号采集系统3高速采集光纤陀螺2的阶跃响应信号并上传数据处理系统4，信号采集系统3采集光纤陀螺数据的时间周期tc小于5微秒，典型值为3微秒；
光纤陀螺输出的阶跃响应信号是通过信号采集系统采集；信号采集系统以高频率fc采集光纤陀螺输出，并将每个采集周期的序号与光纤陀螺输出上传数据处理系统，采集周期长度：
tc=1/fc                                                                                                                                             （5）
tc典型值为3微秒；
3).由数据处理系统4解算得到阶跃响应信号的上升时间及光纤陀螺2带宽。
光纤陀螺阶跃信号上升时间是通过计数陀螺输出变化时刻与输出稳定之间的陀螺采样周期tc的个数来计量，通过判断陀螺输出变化时刻与稳定时刻，并由两时刻之间的采集周期个数与采集周期长短来解算上升时间，进而得到陀螺带宽。
所述的由数据处理系统4解算得到阶跃响应信号的上升时间及光纤陀螺2带宽步骤为：
（1）数据处理系统4判断光纤陀螺阶跃响应信号的变化时刻和稳定时刻。阶跃信号输入前，光纤陀螺2以稳定角速度
Figure 314478DEST_PATH_IMAGE001
旋转，光纤陀螺2输出值为k×
Figure 255889DEST_PATH_IMAGE001
，其中k为光纤陀螺标度因数，
Figure 87448DEST_PATH_IMAGE001
为角速度。阶跃信号输入后，光纤陀螺2的输出发生变化。光纤陀螺2输出值变为0.9×k×
Figure 950361DEST_PATH_IMAGE001
的时刻记为光纤陀螺阶跃响应信号的变化时刻，光纤陀螺2输出值变为0.1×k×
Figure 643511DEST_PATH_IMAGE001
的时刻记为光纤陀螺阶跃响应信号的稳定时刻；
（2）通过计算阶跃响应信号变化时刻与稳定时刻之间信号采集系统的采集周期的个数及采集周期长度来解算阶跃响应信号的上升时间。变化时刻信号采集系统3的采集周期序号为kb，稳定时刻采集周期序号为ke，两时刻之间的采集周期个数为(ke-kb)，则上升时间tr=(ke-kb) ×tc；
（3）由光纤陀螺2阶跃响应信号上升时间得其带宽：f=1/ tr=1/[(ke-kb)×tc]。
图1为光纤陀螺带宽测试方法的原理图，本发明先把光纤陀螺2用螺钉固定在突停台1上。开启突停台1，使突停台1以一个稳定角速度
Figure 423117DEST_PATH_IMAGE001
运转，开启光纤陀螺2的电源，信号采集系统3每隔一段时间tc采集光纤陀螺2输出的角速度信号，并将信号上传到数据处理系统4，数据处理系统解算光纤陀螺阶跃响应信号上升时间进而得到光纤陀螺带宽。
图2和图3为突停台输入阶跃信号示意图。当光纤陀螺2进入稳定的工作状态，在突停台1电机停转的同时，电磁铁7向沿着图2中箭头方向运动，突停台台面5上的刚性块6受到电磁铁7的阻挡，并被电磁铁7吸住。在这些外力共同作用下突停台1停止转动，突停台1角速度由
Figure 176309DEST_PATH_IMAGE001
变为零。
图4为光纤陀螺阶跃响应信号模拟图。突停台1角速度由
Figure 57678DEST_PATH_IMAGE001
变为零,光纤陀螺2感受到突停台1的角速度输入也由
Figure 272627DEST_PATH_IMAGE001
变为
Figure 923051DEST_PATH_IMAGE002
e=0。信号采集系统3采集到的光纤陀螺2输出平均值也由一个正比于角速度的值突变为0附近的值。这个突变过程输入到光纤陀螺2的角速度信号就是一个阶跃信号。信号采集系统3每隔tc时间采集光纤陀螺2的输出值，并上传到数据处理系统4。
实施例：
图5为光纤陀螺阶跃响应信号实测图。数据处理系统4获得的数据包含了光纤陀螺2的输出值，同时也记录了信号采集系统3发给光纤陀螺2的信号采集指令周期的序号。实际测试中，某型号光纤陀螺标度因素k=20000，信号采集系统采集周期为3微秒。突停台1由角速度
Figure 2011100243334100002DEST_PATH_IMAGE006
=50°/s做匀速转动突变为停止状态
Figure 50407DEST_PATH_IMAGE002
e=0°/s，在这个过程中，光纤陀螺2输出值由k×
Figure 137181DEST_PATH_IMAGE006
 =1000000变为0.9倍也即是900000时tc的周期序数kb=72210，输出平均值变为初值的0.1倍也即是100000时的tc的周期序数ke=72380，则光纤陀螺阶跃响应的上升时间tr用下面的公式计算得：
tr=(ke-kb)×tc=(72380-72210)×3=510(微秒)                              （3）
则相应的该光纤陀螺的带宽：
f=1/ tr=1/(ke-kb)×tc=1/0.00051s=1961Hz                     （4）

Claims (1)

1.一种测量光纤陀螺带宽的方法，其特征在于它的步骤如下：
1) .由突停台（1）产生角速度阶跃信号作为光纤陀螺（2）的带宽测试输入信号，突停台产生的输入阶跃信号上升时间小于10微秒，截止频率大于100千赫兹，覆盖了光纤陀螺（2）的带宽范围；
2).由信号采集系统（3）高速采集光纤陀螺（2）的阶跃响应信号并上传数据处理系统（4），信号采集系统（3）采集光纤陀螺（2）的时间周期tc小于5微秒；
3).由数据处理系统（4）解算得到阶跃响应信号的上升时间及光纤陀螺（2）的带宽；
所述的由数据处理系统（4）解算得到阶跃响应信号的上升时间及光纤陀螺（2）的带宽步骤为：
（1）数据处理系统（4）判断光纤陀螺阶跃响应信号的变化时刻和稳定时刻；
阶跃信号输入前，光纤陀螺（2）以稳定角速度                                               
Figure 2011100243334100001DEST_PATH_IMAGE002
旋转，光纤陀螺（2）输出值为k×
Figure 719525DEST_PATH_IMAGE002
，其中k为光纤陀螺标度因数，
Figure 574348DEST_PATH_IMAGE002
为角速度，阶跃信号输入后，光纤陀螺（2）的输出发生变化，光纤陀螺（2）输出值变为0.9×k×
Figure 541036DEST_PATH_IMAGE002
的时刻记为光纤陀螺阶跃响应信号的变化时刻，光纤陀螺（2）输出值变为0.1×k×
Figure 936245DEST_PATH_IMAGE002
的时刻记为光纤陀螺阶跃响应信号的稳定时刻；
（2）通过计算阶跃响应信号变化时刻与稳定时刻之间信号采集系统的采集周期的个数及采集周期长度来解算阶跃响应信号的上升时间；
变化时刻信号采集系统（3）的采集周期序号为kb，稳定时刻采集周期序号为ke，两时刻之间的采集周期个数为(ke-kb)，则上升时间tr=(ke-kb) ×tc；
（3）由光纤陀螺（2）阶跃响应信号上升时间得其带宽：f=1/ tr=1/[(ke-kb)×tc]。
CN2011100243334A 2011-01-23 2011-01-23 一种测量光纤陀螺带宽的方法 Expired - Fee Related CN102175264B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100243334A CN102175264B (zh) 2011-01-23 2011-01-23 一种测量光纤陀螺带宽的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100243334A CN102175264B (zh) 2011-01-23 2011-01-23 一种测量光纤陀螺带宽的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102175264A CN102175264A (zh) 2011-09-07
CN102175264B true CN102175264B (zh) 2012-11-14

Family

ID=44518474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011100243334A Expired - Fee Related CN102175264B (zh) 2011-01-23 2011-01-23 一种测量光纤陀螺带宽的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102175264B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102353384B (zh) * 2011-05-24 2013-06-26 北京大学 微机械陀螺带宽与标度因子的测量方法及系统
CN104457791B (zh) * 2014-11-27 2017-05-10 北京航天时代光电科技有限公司 一种静态条件下测量光纤陀螺带宽的方法
CN106569476B (zh) * 2016-10-20 2019-01-11 西安坤蓝电子技术有限公司 一种天线轴系固有频率及控制系统带宽的自我检测方法
CN107677291B (zh) * 2017-09-12 2021-09-10 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种陀螺频率特性测量方法及装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4803959B2 (ja) * 2002-03-22 2011-10-26 エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド 試験プローブ整列装置
CN101033969A (zh) * 2007-01-29 2007-09-12 浙江大学 光纤陀螺带宽测评系统
CN101545790B (zh) * 2009-04-27 2011-05-11 浙江大学 惯性器件旋转振动性能测试系统
CN101738221B (zh) * 2010-02-02 2011-08-10 北京航天控制仪器研究所 一种用于突停台的突停机构

Also Published As

Publication number Publication date
CN102175264A (zh) 2011-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201653429U (zh) 一种双轴转台的mems陀螺测试系统
CN107391818B (zh) 一种基于状态观测器的振动模态参数识别方法
CN102175264B (zh) 一种测量光纤陀螺带宽的方法
CN104677381A (zh) 一种微惯性测量单元的测试系统
CN108489512B (zh) 一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定方法及装置
CN104697436A (zh) 一种基于傅里叶级数的圆感应同步器误差模型分析方法
CN105928833B (zh) 一种同轴圆筒流变仪流变测试数据的修正方法
CN102680728A (zh) 一种用于精密机电设备中的电机转速测量方法
CN103217176A (zh) 一种消除mems陀螺零漂的方法
CN103712745A (zh) 直升机旋翼桨叶重心参数测量装置及方法
CN104034351A (zh) 基于增量法的动态条件下高精度光纤陀螺性能测试方法
CN106197918A (zh) 一种扭振测试误差校正方法
CN102679970B (zh) 一种用于陀螺位标器转轴的静平衡测试方法
CN102175394B (zh) 刚性转子软支承动不平衡测试中的永久标定方法
CN202815013U (zh) 一种用于惯性仪表检测的全自动线振动台
CN104090126B (zh) 一种加速度计带宽的测试方法
CN1908582A (zh) 一种电子倾角传感器的温度补偿方法及装置
CN103884352B (zh) 光纤陀螺输出延迟时间自动测量的方法及装置
CN201311276Y (zh) 制动盘厚度动态测量装置
CN201266087Y (zh) 角速率陀螺
CN103123361A (zh) Mems角速度和加速度传感器自动标定方法及其系统
CN203259542U (zh) 一种挠性摆式加速度计数字控制电路
CN108519181A (zh) 一种平台台体质量不平衡力矩的建模及测试方法
CN103994859A (zh) 一种高精度在线动平衡检测控制系统和方法
CN202693310U (zh) 多通道机械设备故障诊断系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20121114

Termination date: 20160123

EXPY Termination of patent right or utility model