CN106017511A - 一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法，其技术特点是包括步骤1、测量得到光纤陀螺温度梯度系数和光纤陀螺温度系数之和；步骤2、测量得到该温度点下的光纤陀螺温度系数；将步骤1测试得到的光纤陀螺温度梯度系数和光纤陀螺温度系数之和减去步骤2测试得到的光纤陀螺温度系数，得到精确的光纤陀螺温度梯度系数；将步骤2和步骤3测试得到的两组光纤陀螺在不同温度点下的温度系数及温度梯度系数分别进行分段建模和补偿。本发明通过两种温度环境测试分别提取光纤陀螺在每个温度点上的温度及温度梯度系数，并对两组系数曲线进行分段处理，实现光纤陀螺零偏漂移的分段温度补偿功能，适合不同型号或精度的光纤陀螺零偏漂移的补偿。

Description

一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法

技术领域

本发明属于光钎陀螺仪技术领域，尤其是一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法。

背景技术

光纤陀螺是一种新型的全固态角速率传感器，具有成本低、寿命长、动态范围大和可靠性高等优点，已被广泛地应用于军用及民用领域。当光纤陀螺工作环境的温度发生变化时，其输出偏置发生较大漂移，严重降低光纤陀螺的精度。原因是由于其核心敏感部件(光纤环圈)受温度及温度梯度产生的非互异性相位误差，从而导致光纤陀螺输出零偏发生漂移，此误差称之为SHUPE误差。

光纤陀螺常用的温度误差建模方法有线性回归模型、多种神经网络模型等，前者结构简单、工程实现容易，缺点是非线性补偿能力弱；后者结构复杂，参数多，其将物理过程看做一个黑箱模型，非线性函数逼近效果能力强，缺点是在不同温度环境下的适用性差，工程实现难。与此同时，由于光纤环圈的绕制精度、胶体和结构应力等参数的影响，会导致不同温度下的陀螺温度系数变化，从而使得常规补偿方法的补偿效果不理想。因此，迫切需要建立一种有效且易于工程实现的光纤陀螺温度系数精确测试和补偿方法以提升光纤陀螺的环境适应性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有设计的不足，提供一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法，解决光纤陀螺的精度低和环境适应性差的问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法，包括以下步骤：

步骤1、将光纤陀螺置于温箱内，在光纤陀螺内部温度温变速率的温度范围内，测量升温及降温条件下每个温度点的光纤陀螺输出，得到该温度点下的光纤陀螺温度梯度系数和光纤陀螺温度系数之和；

步骤2、在光纤陀螺内部温度保持恒定变温速率的温度范围内，测量对应每个温度点的光纤陀螺输出，得到该温度点下的光纤陀螺温度系数；

步骤3、将步骤1测试得到的光纤陀螺温度梯度系数和光纤陀螺温度系数之和减去步骤2测试得到的光纤陀螺温度系数，得到精确的光纤陀螺温度梯度系数；

步骤4、将步骤2和步骤3测试得到的两组光纤陀螺在不同温度点下的温度系数及温度梯度系数分别进行分段建模和补偿。

所述步骤1的温度范围为：T_max+ΔT₁到T_min-ΔT₂，T_max和T_min分别为待测温度的最高值和最低值，ΔT₁和ΔT₂的分别表示温度增加量和温度减小量，ΔT₁和ΔT₂大小选取原则是：保证光纤陀螺在温度T_max和T_min范围内的陀螺内部温变速率为

所述步骤2的温度范围为：T_max+ΔT₁到T_min-ΔT₂，T_max和T_min分别为待测温度的最高值和最低值，ΔT₁和ΔT₂的分别表示温度增加量和温度减小量，所述变温速率的选取原则是：保证其对光纤陀螺偏置漂移的影响小于光纤陀螺自身精度水平，该变温速率的最大值按如下公式求得：

$\∂{T^{\′}}_{max}=\frac{{\mathrm{\Ω}}_s}{\∂K_{Tmax}}$

式中，为光纤陀螺在温变速率条件下的最大温度梯度系数，Ω_s为光纤陀螺精度。

所述步骤4在进行分段建模和补偿时，分段拐点的选取原则是将其选在连续系数变化的拐点上。

所述光纤陀螺安装在温箱内的连接工装上，该连接工装固装在隔振基座用于隔离环境振动的影响。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明通过两种温度环境测试分别提取光纤陀螺在每个温度点上的温度及温度梯度系数，并对两组系数曲线进行分段处理，最后通过FPGA或者DSP等逻辑芯片实现光纤陀螺零偏漂移的分段温度补偿功能；同时，通过调节温箱温度范围和变温速率，可以适合不同型号或精度的光纤陀螺零偏漂移的补偿。

2、本发明采用基于物理机理且易于工程实现的温度系数测试和补偿方法可以实现光纤陀螺零偏漂移的实时补偿，提高实际应用条件下的光纤陀螺精度和环境适应性。

附图说明

图1为光纤陀螺温度系数测试装置示意图；

图2为光纤陀螺温度系数及温度梯度系数之和测试的温箱设置温度曲线；

图3为光纤陀螺温度系数及温度梯度系数之和测试的曲线示意图；

图4为光纤陀螺温度系数测试的温箱设置温度曲线；

图5为光纤陀螺温度系数测试的曲线示意图；

图1中，1-光钎陀螺，2-温箱，3-连接工装，4-隔振基座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法，包括以下步骤：

步骤1、将光纤陀螺置于温箱内，在光纤陀螺内部温度温变速率为的温度范围内，测量升温及降温条件下每个温度点的光纤陀螺输出，得到该温度点下的光纤陀螺温度梯度系数和光纤陀螺温度系数K_T之和。

如图1所示，将光纤陀螺1置于温箱2内的连接工装3上，该连接工装固装在隔振基座4上以隔离环境振动的影响。该连接工装通过软质材料与温箱箱体连接，可以隔离外界环境对温箱温度控制的影响，又不会将温箱箱体的振动传递到连接工装。

设定光纤陀螺温度梯度系数待测温度范围为T_max和T_min(例如+40℃～-20℃)，如图2所示的温箱变温曲线，变温速率为(例如0.1℃/min)，温度范围由T_max+ΔT₁到T_min-ΔT₂(例如+50℃～-30℃)。ΔT₁和ΔT₂的大小选取原则是，保证光纤陀螺在温度T_max和T_min范围内陀螺内部温变速率为

如图3所示，在光纤陀螺内部温度温变速率为的温度范围内，对应升温及降温条件下每个温度点的光纤陀螺输出即为该温度点下的光纤陀螺温度梯度系数和温度系数K_T之和。

步骤2、在光纤陀螺内部温度保持恒定变温速率的温度范围内，测量对应每个温度点的光纤陀螺输出，得到该温度点下的光纤陀螺温度系数K_T。

设定光纤陀螺温度系数待测温度范围为T_max和T_min(例如+40℃～-20℃)，如图4所示的温箱变温曲线，变温速率为(例如0.01℃/min)，温度范围由T_max+ΔT₁到T_min-ΔT₂(例如+50℃～-30℃)。变温速率的选取原则是：保证其对光纤陀螺偏置漂移的影响小于光纤陀螺自身精度水平。变温速率的最大值可以按如下公式求得：

$\∂{T^{\′}}_{max}=\frac{{\mathrm{\Ω}}_s}{\∂K_{Tmax}}---\left(1\right)$

式中，为光纤陀螺在变温速率1℃/min条件下的最大温度梯度系数，Ω_s为光纤陀螺精度。

如图5所示，在光纤陀螺内部温度保持恒定变温速率的温度范围内，优于温度梯度引起的光纤陀螺零偏变化小于其精度水平，可以忽略不计。此时，对应每个温度点的光纤陀螺输出即为该温度点下的光纤陀螺温度系数K_T。

步骤3、将步骤1测试得到的光纤陀螺温度梯度系数和光纤陀螺温度系数K_T之和减去步骤2测试得到的光纤陀螺温度系数K_T，得到精确的光纤陀螺温度梯度系数

本步骤是对光纤陀螺温度梯度系数的修正。

步骤4、将步骤2和步骤3测试得到的两组光纤陀螺在不同温度点下的温度系数K_T及温度梯度系数分别进行分段建模和补偿。

在本步骤中，为适合其在FPGA或者DSP等运算芯片中实现光纤陀螺的零偏漂移补偿，将步骤2和步骤3测试得到的两组光纤陀螺在不同温度点下的温度系数K_T及温度梯度系数各自进行分段建模和补偿，分段拐点的选取原则是将其选在连续系数变化的拐点上。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、将光纤陀螺置于温箱内，在光纤陀螺内部温度温变速率的温度范围内，测量升温及降温条件下每个温度点的光纤陀螺输出，得到该温度点下的光纤陀螺温度梯度系数和光纤陀螺温度系数之和；

步骤2、在光纤陀螺内部温度保持恒定变温速率的温度范围内，测量对应每个温度点的光纤陀螺输出，得到该温度点下的光纤陀螺温度系数；

步骤3、将步骤1测试得到的光纤陀螺温度梯度系数和光纤陀螺温度系数之和减去步骤2测试得到的光纤陀螺温度系数，得到精确的光纤陀螺温度梯度系数；

步骤4、将步骤2和步骤3测试得到的两组光纤陀螺在不同温度点下的温度系数及温度梯度系数分别进行分段建模和补偿。

2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法，其特征在于：所述步骤1的温度范围为：T_max+ΔT₁到T_min-ΔT₂，T_max和T_min分别为待测温度的最高值和最低值，ΔT₁和ΔT₂的分别表示温度增加量和温度减小量，ΔT₁和ΔT₂大小选取原则是：保证光纤陀螺在温度T_max和T_min范围内的陀螺内部温变速率为

3.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法，其特征在于：所述步骤2的温度范围为：T_max+ΔT₁到T_min-ΔT₂，T_max和T_min分别为待测温度的最高值和最低值，ΔT₁和ΔT₂的分别表示温度增加量和温度减小量，所述变温速率的选取原则是：保证其对光纤陀螺偏置漂移的影响小于光纤陀螺自身精度水平，该变温速率的最大值按如下公式求得：

$\∂{T^{\′}}_{max}=\frac{{\mathrm{\Ω}}_s}{\∂K_{Tmax}}$

式中，为光纤陀螺在温变速率条件下的最大温度梯度系数，Ω_s为光纤陀螺精度。

4.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法，其特征在于：所述步骤4在进行分段建模和补偿时，分段拐点的选取原则是将其选在连续系数变化的拐点上。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法，其特征在于：所述光纤陀螺安装在温箱内的连接工装上，该连接工装固装在隔振基座用于隔离环境振动的影响。