CN104964680A - 光纤陀螺温度补偿系统 - Google Patents

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CN104964680A
CN104964680A CN201510274422.2A CN201510274422A CN104964680A CN 104964680 A CN104964680 A CN 104964680A CN 201510274422 A CN201510274422 A CN 201510274422A CN 104964680 A CN104964680 A CN 104964680A
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胡国良
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Suzhou Hexinmei Electronic Technology Co Ltd
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Suzhou Hexinmei Electronic Technology Co Ltd
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
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Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺温度补偿系统，包含光纤陀螺本体、第一温度感应器、第二温度感应器、切换模块、控制模块和显示模块，第一至第二温度感应器通过切换模块和控制模块相连，控制模块分别和光纤陀螺本体的输出端、显示模块相连；第一至第二温度感应器分别用于感应光纤陀螺光纤环内和所在环境的温度；切换模块用于切换第一至第二温度感应器和控制模块之间的连接关系；控制模块用于计算光纤陀螺经温度补偿后X轴、Y轴和Z轴的角速度。本发明结构简单，使用方便，测量精度高，启动时间短，具有较大的实用价值。

Description

光纤陀螺温度补偿系统
技术领域
本发明涉及电子测控领域，尤其涉及一种光纤陀螺温度补偿系统。
背景技术
陀螺仪(gyroscope)意即“旋转指示器”，是指敏感角速率和角偏差的一种传感器．光纤陀螺仪是广义上的陀螺仪，是根据近代物理学原理制成的具有陀螺效应的传感器。
光纤陀螺的工作原理是基于萨格纳克(Sagnac)效应。萨格纳克效应是相对惯性空间转动的闭环光路中所传播光的一种普遍的相关效应，即在同一闭合光路中从同一光源发出的两束特征相等的光，以相反的方向进行传播，最后汇合到同一探测点。
若绕垂直于闭合光路所在平面的轴线，相对惯性空间存在着转动角速度，则正、反方向传播的光束走过的光程不同，就产生光程差，其光程差与旋转的角速度成正比。因而只要知道了光程差及与之相应的相位差的信息，即可得到旋转角速度。
与机电陀螺或激光陀螺相比，光纤陀螺具有如下特点：
(1)零部件少，仪器牢固稳定，具有较强的抗冲击和抗加速运动的能力；
(2)绕制的光纤较长，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺仪提高了好几个数量级；
(3)无机械传动部件，不存在磨损问题，因而具有较长的使用寿命；
(4)易于采用集成光路技术，信号稳定，且可直接用数字输出，并与计算机接口联接；
(5)通过改变光纤的长度或光在线圈中的循环传播次数，可以实现不同的精度，并具有较宽的动态范围；
(6)相干光束的传播时间短，因而原理上可瞬间启动，无需预热；
(7)可与环形激光陀螺一起使用，构成各种惯导系统的传感器，尤其是捷联式惯导系统的传感器；
(8)结构简单、价格低，体积小、重量轻。
光纤陀螺自1976年问世以来，得到了极大的发展。但是，光纤陀螺在技术上还存在一系列问题，这些问题影响了光纤陀螺的精度和稳定性，进而限制了其应用的广泛性。
譬如温度瞬态的影响。理论上，环形干涉仪中的两个反向传播光路是等长的，但是这仅在系统不随时间变化时才严格成立。
光纤陀螺的精度容易受到许多环境因素的限制，其中最主要的是由于温度变化引起的热非互易效应的影响。当环境温度变化时，光纤陀螺的传感器线圈内各处的温度随之以不同的速度在变化。光纤陀螺传感器线圈内各部分的折射率等参数也相应在变化。所以当互逆光在不同的时刻通过光纤陀螺的传感器线圈中的同一段光纤时，所经历的光程不同，相位改变也不同。这样，即使被测对象没有转动，由于温度的变化，互逆光之间也存在相位差，由此引入了误差，严重限制了光纤陀螺的精度。
目前常规的光纤陀螺基本没有考虑到温度的影响，其测量精度不高，即便考虑到了温度补偿，基本上也是采用硬件温度补偿电路，使光纤陀螺的启动时间较长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及的缺陷，提供一种光纤陀螺温度补偿系统。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
光纤陀螺温度补偿系统，包含光纤陀螺本体、第一温度感应器、第二温度感应器、切换模块、控制模块和显示模块，所述第一温度感应器、第二温度感应器通过切换模块和控制模块相连，所述控制模块分别和光纤陀螺本体的输出端、显示模块相连；
所述第一温度感应器设置在所述光纤陀螺本体的光纤环内，用于感应光纤陀螺光纤环内的温度；
所述第二温度感应器设置在所述光纤陀螺本体的壳体上，用于感应光纤陀螺所在环境的温度；
所述切换模块用于切换所述第一温度感应器、第二温度感应器和控制模块之间的连接关系；
所述显示模块用于显示光纤陀螺经温度补偿后X轴、Y轴和Z轴的角速度；
所述控制模块包含切换控制单元、修正计算单元、补偿计算单元和显示控制单元；
所述切换控制单元用于控制切换模块工作、分别读取第一温度感应器、第二温度感应器感应到的温度值；
所述修正计算单元用于根据接收到的温度信息计算光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴的角速度修正值；
所述补偿计算单元用于根据光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴的角速度修正值计算出光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴各自的温度补偿值；
所述显示控制单元用于控制显示模块显示光纤陀螺经温度补偿后X轴、Y轴和Z轴的角速度。
作为本发明光纤陀螺温度补偿系统进一步的优化方案，所述控制模块的处理器采用AVR系列单片机。
作为本发明光纤陀螺温度补偿系统进一步的优化方案，所述控制模块的处理器采用Atmega168PA单片机。
作为本发明光纤陀螺温度补偿系统进一步的优化方案，所述第一至第四温度感应器均采用IC温度传感器。
作为本发明光纤陀螺温度补偿系统进一步的优化方案，所述IC温度传感器的型号为AD590。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 结构简单，使用方便；
2. 测量精度高，启动时间短。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明公开了一种光纤陀螺温度补偿系统，其特征在于，包含光纤陀螺本体、第一温度感应器、第二温度感应器、切换模块、控制模块和显示模块，所述第一温度感应器、第二温度感应器通过切换模块和控制模块相连，所述控制模块分别和光纤陀螺本体的输出端、显示模块相连；
所述第一温度感应器设置在所述光纤陀螺本体的光纤环内，用于感应光纤陀螺光纤环内的温度；
所述第二温度感应器设置在所述光纤陀螺本体的壳体上，用于感应光纤陀螺所在环境的温度；
所述切换模块用于切换所述第一温度感应器、第二温度感应器和控制模块之间的连接关系；
所述显示模块用于显示光纤陀螺经温度补偿后X轴、Y轴和Z轴的角速度；
所述控制模块包含切换控制单元、修正计算单元、补偿计算单元和显示控制单元；
所述切换控制单元用于控制切换模块工作、分别读取第一温度感应器、第二温度感应器感应到的温度值；
所述修正计算单元用于根据接收到的温度信息计算光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴的角速度修正值；
所述补偿计算单元用于根据光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴的角速度修正值计算出光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴各自的温度补偿值；
所述显示控制单元用于控制显示模块显示光纤陀螺经温度补偿后X轴、Y轴和Z轴的角速度。
所述控制模块的处理器采用AVR系列单片机，优先采用Atmega168PA单片机。
所述第一至第四温度感应器均采用IC温度传感器。
所述IC温度传感器的型号为AD590。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1. 光纤陀螺温度补偿系统，其特征在于，包含光纤陀螺本体、第一温度感应器、第二温度感应器、切换模块、控制模块和显示模块，所述第一温度感应器、第二温度感应器通过切换模块和控制模块相连，所述控制模块分别和光纤陀螺本体的输出端、显示模块相连；
所述第一温度感应器设置在所述光纤陀螺本体的光纤环内，用于感应光纤陀螺光纤环内的温度；
所述第二温度感应器设置在所述光纤陀螺本体的壳体上，用于感应光纤陀螺所在环境的温度；
所述切换模块用于切换所述第一温度感应器、第二温度感应器和控制模块之间的连接关系；
所述显示模块用于显示光纤陀螺经温度补偿后X轴、Y轴和Z轴的角速度；
所述控制模块包含切换控制单元、修正计算单元、补偿计算单元和显示控制单元；
所述切换控制单元用于控制切换模块工作、分别读取第一温度感应器、第二温度感应器感应到的温度值；
所述修正计算单元用于根据接收到的温度信息计算光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴的角速度修正值；
所述补偿计算单元用于根据光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴的角速度修正值计算出光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴各自的温度补偿值；
所述显示控制单元用于控制显示模块显示光纤陀螺经温度补偿后X轴、Y轴和Z轴的角速度。
2. 根据权利要求1所述的光纤陀螺温度补偿系统，其特征在于，所述控制模块的处理器采用AVR系列单片机。
3. 根据权利要求2所述的光纤陀螺温度补偿系统，其特征在于，所述控制模块的处理器采用Atmega168PA单片机。
4. 根据权利要求1所述的光纤陀螺温度补偿系统，其特征在于，所述第一至第四温度感应器均采用IC温度传感器。
5. 根据权利要求1所述的光纤陀螺温度补偿系统，其特征在于，所述IC温度传感器的型号为AD590。
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