CN104713574A - 一种闭环光纤陀螺标度因数高精度标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤陀螺技术，涉及一种闭环光纤陀螺标度因数高精度标定方法。本发明闭环光纤陀螺标度因数高精度标定方法将产品固定在带温箱的转台台面上，温箱温度保持一段时间后，产品上电测试，通过转台输入一恒定角速率，同时改变温箱温度，使用变温方法获得闭环光纤陀螺标度因数随温度逐点变化的标定曲线，该方法操作简单、成本低、精度高，具有较大的实际应用价值。

Description

一种闭环光纤陀螺标度因数高精度标定方法

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术，涉及一种闭环光纤陀螺标度因数高精度标定方法。 

背景技术

光纤陀螺标度因数定义为陀螺输出量与输入角速率的比值，是光纤陀螺作为角速率传感器的重要性能指标之一。标度因数的温度稳定性是衡量陀螺环境适应性的重要指标。与激光陀螺相比，闭环光纤陀螺的标度因数温度稳定性较差，该指标严重制约了闭环光纤陀螺在惯性导航领域的应用，是必须需要攻克的难题。 

闭环光纤陀螺的标度因数温度稳定性要在较宽工作温度范围内（如-40℃～60℃）满足系统用户的指标要求必须通过建模补偿来实现。要完成标度因数建模补偿，必须要获得它的标度因数随温度变化的标定曲线。 

《GJB 2426A-2004光纤陀螺仪测试方法》介绍的标定方法为定点恒温标定方法，目前公开报道的资料中，国内大多数光纤陀螺生产商使用该方法进行标定，具体实施过程如下：将光纤陀螺固定在带温箱的转台台面上，均匀选取工作范围内有限个温度点如-40℃、-20℃、0℃、20℃、40℃、60℃等，在每个温度点下保温一段时间达到稳态后通电并进行标度因数测试，测试过程中要依次输入动态范围内若干个速率点，通过最小二乘方法拟合得到各温度点的标度因数。将有限个点的标度因数带入分段拟合的函数中，完成光纤陀螺在整个工作温度范围内的标定。 

中低精度光纤陀螺标度因数随温度变化的线性度好，规律性强；使用定点恒温标定方法进行补偿基本可以满足系统的需要。但是通过分段线性补偿后，中低精度光纤陀螺标度因数的补偿残差随温度变化无任何规律性。为了提高标定精度，系统级用户要进行二次精细补偿，必须对工作温度范围内所有温度点进行试验才能完成。传统的定点恒温标定方法在实际操作中很难实现。这导致系统用户对光纤陀螺的标度因数不做任何补偿直接使用，严重制约了光纤陀螺的应用。 

另外由于工艺水平限制，高精度光纤陀螺的标度因数随温度变化不再是简单的分段线性关系。如果仍然使用定点恒温标定方法进行标定，要提高标定精度，必须增加标定温度点个数，需要大量的人力、物力。 

为此我们发明了一种闭环光纤陀螺标度因数高精度标定方法。 

发明内容

本发明的目的：为了提高闭环光纤陀螺标度因数的标定精度，提供一种操作简单、成本较低的高精度标定方法。 

本发明的技术方案：一种闭环光纤陀螺标度因数高精度标定方法，其将产品固定在带温箱的转台台面上，温箱温度保持一段时间后，产品上电测试，通过转台输入一恒定角速率，同时改变温箱温度，使用变温方法获得闭环光纤陀螺标度因数随温度逐点变化的标定曲线。 

所述的闭环光纤陀螺高精度标定方法，其具体包括如下步骤： 

步骤1：标定试验准备 

将光纤陀螺通过固定在带温箱的单轴速率转台上，并连接陀螺采集系统，采集系统采集陀螺速率数据和内部温度数据，温箱温度设置为比陀螺工作温度下限低一定温度进行保温，保温过程中陀螺断电； 

步骤2：标定试验 

保温一段时间后，陀螺上电，当陀螺内部温度接近工作温度下限时，采集30秒零偏数据B_i，i=0～30，然后通过转台对光纤陀螺输入一定值角速率Ω_i，将温箱温度设置为陀螺工作温度上限，进行变温试验，变温变温速率由标定精度决定，当陀螺内部温度达到工作温度上限时，停止转台，保存数据， 

其中温度数据为T_i，陀螺速率数据为F_i； 

步骤3：标定数据处理 

对步骤2保存的数据进行处理，首先计算低温时30秒零偏数据的平均值 

$B_0=\frac{1}{30}\underset{i=0}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{B}_i$

计算每个温度点的标度因数K_i，如下 

$K_i=\frac{F_i-B_0}{{\mathrm{\Ω}}_i}$

保存温度和速率的对应数据，做出标度因数随温度变化曲线，完成光纤陀螺标度因数的标定。 

本发明的优点和有益效果是：相对于定点恒温标定方法为了考核标度因数随不同角速率变化的非线性需要输入若干个角速率，本发明标定方法考虑到闭环光纤陀螺的随速率变化的非线性度小，因此仅需要输入一个定值角速率就可以完成标定，方法简便。 

相对于定点恒温标定方法的标定精度受选取温度点个数的限制，如选取-40℃、-20℃、0℃、20℃、40℃、60℃等六个温度点，那么标定精度为20℃，为了提高精度只能通过增加标定测试点的个数来实现。本发明标定方法通过变温方法可以得到和温度传感器相同量级的精度，如果 温度传感器精度为1℃，那么标定精度提高至少20倍，并且标定时间大为减少。 

因此本发明闭环光纤陀螺标度因数高精度标定方法通过变温方法获得同温度传感器相同精度的标定曲线，方法简单、成本低、精度高，具有较大的实际应用价值。 

附图说明

图1是转台速率输入曲线； 

图2是温箱温度变化曲线； 

图3是本发明得到闭环光纤陀螺随温度变化的标定曲线。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明： 

本发明闭环光纤陀螺标度因数高精度标定方法将产品固定在带温箱的转台台面上，温箱温度保持一段时间后，产品上电测试，通过转台输入一恒定角速率，同时改变温箱温度，使用变温方法获得闭环光纤陀螺标度因数随温度逐点变化的标定曲线。 

本发明闭环光纤陀螺标度因数标定方法具体实施步骤如下： 

1．标定试验准备 

将光纤陀螺通过固定在带温箱的单轴速率转台上，并连接陀螺采集系统，采集系统可以采集陀螺速率数据和内部温度数据。温箱温度比陀螺工作温度下限T_d低1℃～2℃进行保温，保温过程中陀螺断电。 

本步骤不同于定点恒温标定直接在工作温度下限T_d进行保温标定，陀螺上电后因为器件发热，内部温度会迅速升高，短时间内超过T_d，影响标定精度。本方法的实际标定曲线包括了工作温度下限，优于定点恒温方法。 

2．标定试验 

保温一段时间后，陀螺上电，当陀螺内部温度接近工作温度下限T_d时， 采集30秒零偏数据B_i（i=0～30），然后通过转台对光纤陀螺输入一定值角速率Ω，该角速率大小由转台精度和陀螺的动态范围决定，如图1所示。将温箱温度设置为陀螺工作温度上限T_u，进行变温试验，变温速率W由标定精度决定，如图2所示。当陀螺内部温度达到工作温度上限T_u时，停止转台，保存数据。其中温度数据为T_i，陀螺速率数据为F_i。 

相对于定点恒温标定方法为了考核标度因数随不同角速率变化的非线性需要输入若干个角速率，本发明标定方法考虑到闭环光纤陀螺的随速率变化的非线性度小，因此仅需要输入一个定值角速率就可以完成标定。 

3．标定数据处理 

对步骤2保存的数据进行处理，首先计算低温时30秒零偏数据的平均值 

$B_0=\frac{1}{30}\underset{i=0}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{B}_i$

计算每个温度点的标度因数K_i，如下 

$K_i=\frac{F_i-B_0}{{\mathrm{\Ω}}_i}$

保存温度和速率的对应数据，做出标度因数随温度变化曲线，完成全工作温度范围内光纤陀螺标度因数的逐点温度标定，如图3所示。 

本发明标定方法通过变温方法可以得到和温度传感器相同量级的精度，如果温度传感器精度为1℃，那么标定精度提高至少20倍，并且标定时间大为减少。相对于定点恒温标定方法的标定精度受选取温度点个数的限制，只能通过增加标定测试点的个数来实现，本发明变温方法既可以获得具有较高精度的标定曲线，操作简单，实施方便，所需时间短，成本低。 

某个实施例中，Td=-40℃，Tu=70℃，W=1℃/min，Ω=90°/s。 

Claims (2)

1.一种闭环光纤陀螺标度因数高精度标定方法，其特征在于，将产品固定在带温箱的转台台面上，温箱温度保持一段时间后，产品上电测试，通过转台输入一恒定角速率，同时改变温箱温度，使用变温方法获得闭环光纤陀螺标度因数随温度逐点变化的标定曲线。 

2.根据权利要求1所述的闭环光纤陀螺高精度标定方法，其特征在于，具体包括如下步骤： 

步骤1：标定试验准备 

将光纤陀螺通过固定在带温箱的单轴速率转台上，并连接陀螺采集系统，采集系统采集陀螺速率数据和内部温度数据，温箱温度设置为陀螺工作温度下限进行保温，保温过程中陀螺断电； 

步骤2：标定试验 

保温一段时间后，陀螺上电，当陀螺内部温度接近工作温度下限时，采集30秒零偏数据B_i，i=0～30，然后通过转台对光纤陀螺输入一定值角速率Ω_i，将温箱温度设置为陀螺工作温度上限，进行变温试验，变温变温速率由标定精度决定，当陀螺内部温度达到工作温度上限时，停止转台，保存数据， 

其中温度数据为T_i，陀螺速率数据为F_i； 

步骤3：标定数据处理 

对步骤2保存的数据进行处理，首先计算低温时30秒零偏数据的平均值 

计算每个温度点的标度因数K_i，如下 

保存温度和速率的对应数据，做出标度因数随温度变化曲线，完成光纤陀螺标度因数的标定。