CN103791917B - 光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试方法 - Google Patents

光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺振动‑温度交联耦合度的测试装置及方法。测试装置包括振动台、工装、温度控制系统、光纤陀螺、盖子，本发明的测试方法是将光纤陀螺及温度控制系统固定在振动平台上，通过温度控制系统控制光纤陀螺的环境温度分别测试在不同温度条件下光纤陀螺的输出，以及不同温度下，同时施加频率为10Hz‑2kHz，加速度为5g的振动，得到光纤陀螺的振动‑温度交联耦合度，从而评价在振动‑温度共同作用下光纤陀螺的零偏及零偏稳定性，为进一步提高光纤陀螺的振动‑温度环境适应性提供研究基础。本发明的测试方法能应用于测试在光纤陀螺的输出中振动影响与温度影响是否存在耦合；并能够评价光纤陀螺振动‑温度交联耦合度。

Description

光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试方法
技术领域
本发明涉及光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试领域，尤其涉及一种光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试装置及方法。
背景技术
光纤陀螺是一种完全自主的角速度传感器，具有全固态、长寿命等独特优点，在多个领域内被大量使用。光纤陀螺实际应用中，存在包括温度、振动、磁场、辐射等恶劣环境，严重影响了陀螺的性能。其中，振动特性和温度特性是光纤陀螺工程化和实用化的重要指标。振动会给光纤陀螺的敏感元件—光纤环带来附加调制效应，当受到来自外界的振动影响时，因受其自身结构、绕环工艺以及封装工艺的限制，光纤环的几何尺寸可能会发生形变并引起光纤应力分布的变化，进而导致光纤陀螺中产生一个非互易相移，造成光纤陀螺的相位误差，直接影响了陀螺的输出精度。温度引起的非互易shupe误差，它与旋转引起的萨格奈克相移无法区分，使光纤陀螺的输出产生大的偏置误差并限制其应用。因此很有必要对光纤陀螺的振动及温度特性进行分析和测试。
目前国内在研究光纤陀螺振动-温度交联耦合度测评方面，没有专用的测试方法和设备，给实验和研究带来了极大的不便。本发明提出了一种光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试方法，它不仅能方便地测试振动，温度单独作用时光纤陀螺的输出变化，而且能测试振动-温度共同作用时光纤陀螺的输出变化，为光纤陀螺振动-温度交联耦合度的研究及评测打下了基础。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种一种光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试装置及方法。
本发明的技术方案如下：
光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试装置包括振动台、工装、温度控制系统、光纤陀螺、盖子，振动台包括振动台基座、振动台台面，温度控制系统包括加热模块、温度传感器、温度采集模块、温度控制模块、温度设定模块，振动台基座上设置有振动台台面，振动台台面上设置有工装，工装内部设有凹槽，加热模块设置在工装的凹槽内，加热模块上设有温度传感器、光纤陀螺，盖子盖在工装上，温度传感器与温度采集模块连接，加热模块与温度控制模块连接，温度设定模块与温度控制模块相连。
光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试方法的步骤如下：
1)将温度控制系统中的加热模块通过工装固定于振动台台面上，将光纤陀螺、温度传感器分别固定于加热模块上，温度传感器与温度采集模块连接，加热模块与温度控制模块连接，光纤陀螺和数据采集处理系统连接；
2)振动台静止，开启光纤陀螺，打开温度控制系统，在温度设定模块设置温度控制系统的温度为20℃，通过温度控制模块、加热模块、温度传感器及温度采集模块构成的闭环控制系统来确保光纤陀螺的环境温度为恒温20℃；
3)开启数据采集处理系统采集光纤陀螺的输出数据T分钟，得到温度为20℃时光纤陀螺的零偏；
4)开启振动台，控制振动台产生频率为10Hz-2kHz、加速度为5g的振动，通过数据采集处理系统采集光纤陀螺的输出数据T分钟，关闭振动台，得到温度为20℃、振动条件下的光纤陀螺的零偏；
5)计算温度为20℃、频率为10Hz-2KHz、加速度为5g的振动条件下的光纤陀螺振动-温度交联耦合度，；
6)振动台静止，开启光纤陀螺，打开温度控制系统，在温度设定模块设置温度控制系统的温度分别为恒温30℃、40℃、50℃、60℃，重复步骤3）～步骤5），得到振动频率为10Hz-2kHz，加速度为5g的条件下，温度为30℃时的光纤陀螺振动-温度交联耦合度、温度为40℃时的光纤陀螺振动-温度交联耦合度、温度为50℃时的光纤陀螺振动-温度交联耦合度、温度为60℃时的光纤陀螺振动-温度交联耦合度；
7)取测得的不同温度条件下的光纤陀螺振动-温度交联耦合度、、、、中的最大值作为光纤陀螺振动-温度交联耦合度。
所述的温度传感器采用热敏电阻，测温范围为-40℃～125℃。所述的测量时间T分钟，在测量过程中要求T大于1。所述的步骤3）中的光纤陀螺的零偏和所述的步骤4）中的光纤陀螺的零偏是光纤陀螺的输出数据在测量时间T内的平均值。
本发明与现有技术相比的优势在于：（1）本发明的测试方法能应用于测试在光纤陀螺的输出中振动影响与温度影响是否存在耦合；（2）本发明的测试方法能够评价光纤陀螺振动-温度交联耦合度。
附图说明
图1为光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试装置结构示意图；
图2为光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试装置温度控制系统框图；
图中：1、振动台基座；2、振动台台面；3、工装；4、加热模块；5、温度传感器；6、光纤陀螺；7、盖子。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
如附图1和附图2所示，光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试装置包括振动台、工装3、温度控制系统、光纤陀螺6、盖子7，振动台包括振动台基座1、振动台台面2，温度控制系统包括加热模块4、温度传感器5、温度采集模块、温度控制模块、温度设定模块，振动台基座1上设置有振动台台面2，振动台台面2上设置有工装3，工装3内部设有凹槽，加热模块4设置在工装3的凹槽内，加热模块4上设有温度传感器5、光纤陀螺6，盖子7盖在工装3上，温度传感器5与温度采集模块连接，加热模块4与温度控制模块连接，温度设定模块与温度控制模块相连。
将光纤陀螺6和加热模块4用工装3固定在振动台台面2上，将4个温度传感器5固定在加热模块4上，分布在4个不同位置进行温度信号的采集。振动台与控制计算机通过数据线连接，数据线一方面将控制计算机的控制指令发送给振动台，一方面将振动台的振动响应反馈给控制计算机，以使振动台在控制计算机的控制下，产生各种准确的振动响应，使固定在振动台上的光纤陀螺6处于所要求的振动环境中。温度控制系统包括温度设定模块、温度控制模块、加热模块4、温度传感器5及温度采集模块，其构成的闭环控制系统确保了光纤陀螺处于所要求的温度环境中。
光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试方法的步骤如下：
1)将温度控制系统中的加热模块4通过工装3固定于振动台台面2上，将光纤陀螺6、温度传感器5分别固定于加热模块4上，温度传感器5与温度采集模块连接，加热模块4与温度控制模块连接，光纤陀螺6和数据采集处理系统连接；
2)振动台静止，开启光纤陀螺6，打开温度控制系统，在温度设定模块设置温度控制系统的温度为20℃，通过温度控制模块、加热模块4、温度传感器5及温度采集模块构成的闭环控制系统来确保光纤陀螺6的环境温度为恒温20℃；
3)开启数据采集处理系统采集光纤陀螺6的输出数据T分钟，得到温度为20℃时光纤陀螺的零偏；
4)开启振动台，控制振动台产生频率为10Hz-2kHz、加速度为5g的振动，通过数据采集处理系统采集光纤陀螺6的输出数据T分钟，关闭振动台，得到温度为20℃、振动条件下的光纤陀螺的零偏；
5)计算温度为20℃、频率为10Hz-2KHz、加速度为5g的振动条件下的光纤陀螺振动-温度交联耦合度，；
6)振动台静止，开启光纤陀螺6，打开温度控制系统，在温度设定模块设置温度控制系统的温度分别为恒温30℃、40℃、50℃、60℃，重复步骤3）～步骤5），得到振动频率为10Hz-2kHz，加速度为5g的条件下，温度为30℃时的光纤陀螺振动-温度交联耦合度、温度为40℃时的光纤陀螺振动-温度交联耦合度、温度为50℃时的光纤陀螺振动-温度交联耦合度、温度为60℃时的光纤陀螺振动-温度交联耦合度；
7)取测得的不同温度条件下的光纤陀螺振动-温度交联耦合度、、、、中的最大值作为光纤陀螺振动-温度交联耦合度。
所述的温度传感器5采用热敏电阻，测温范围为-40℃～125℃，满足本发明测试中的温度范围要求；所述的测量时间T分钟，在测量过程中要求T大于1；所述的步骤3）中的光纤陀螺6的零偏和所述的步骤4）中的光纤陀螺6的零偏是光纤陀螺6的输出数据在测量时间T内的平均值。

Claims (4)

1.一种光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试方法，其特征在于，所用的测试装置包括振动台、工装（3）、温度控制系统、光纤陀螺（6）、盖子（7），振动台包括振动台基座（1）、振动台台面（2），温度控制系统包括加热模块（4）、温度传感器（5）、温度采集模块、温度控制模块、温度设定模块，振动台基座（1）上设置有振动台台面(2)，振动台台面（2）上设置有工装（3），工装（3）内部设有凹槽，加热模块（4）设置在工装（3）的凹槽内，加热模块（4）上设有温度传感器（5）、光纤陀螺（6），盖子（7）盖在工装（3）上，温度传感器（5）与温度采集模块连接，加热模块（4）与温度控制模块连接，温度设定模块与温度控制模块相连；
所述的方法步骤如下：
1）将温度控制系统中的加热模块（4）通过工装（3）固定于振动台台面（2）上，将光纤陀螺（6）、温度传感器（5）分别固定于加热模块（4）上，温度传感器（5）与温度采集模块连接，加热模块（4）与温度控制模块连接，光纤陀螺（6）和数据采集处理系统连接；
2)振动台静止，开启光纤陀螺（6），打开温度控制系统，在温度设定模块设置温度控制系统的温度为20℃，通过温度控制模块、加热模块（4）、温度传感器（5）及温度采集模块构成的闭环控制系统来确保光纤陀螺（6）的环境温度为恒温20℃；
3)开启数据采集处理系统采集光纤陀螺（6）的输出数据T分钟，得到温度为20℃时光纤陀螺的零偏；
4)开启振动台，控制振动台产生频率为10Hz-2kHz、加速度为5g的振动，通过数据采集处理系统采集光纤陀螺（6）的输出数据T分钟，关闭振动台，得到温度为20℃、振动条件下的光纤陀螺的零偏；
5)计算温度为20℃、频率为10Hz-2KHz、加速度为5g的振动条件下的光纤陀螺振动-温度交联耦合度；
6)振动台静止，开启光纤陀螺（6），打开温度控制系统，在温度设定模块设置温度控制系统的温度分别为恒温30℃、40℃、50℃、60℃，重复步骤3）～步骤5），得到振动频率为10Hz-2kHz，加速度为5g的条件下，温度为30℃时的光纤陀螺振动-温度交联耦合度、温度为40℃时的光纤陀螺振动-温度交联耦合度、温度为50℃时的光纤陀螺振动-温度交联耦合度、温度为60℃时的光纤陀螺振动-温度交联耦合度；
7)取测得的不同温度条件下的光纤陀螺振动-温度交联耦合度中的最大值作为光纤陀螺振动-温度交联耦合度。
2.如权利要求1所述的一种光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试方法，其特征在于所述的温度传感器（5）采用热敏电阻，测温范围为-40℃～125℃。
3.如权利要求1所述的一种光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试方法，其特征在于所述的测量时间T分钟，在测量过程中要求T大于1。
4.如权利要求1所述的一种光纤陀螺振动-温度交联耦合度的测试方法，其特征在于所述的步骤3）中的光纤陀螺（6）的零偏和所述的步骤4）中的光纤陀螺（6）的零偏是光纤陀螺（6）的输出数据在测量时间T内的平均值。
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