CN108168516B - 基于光纤陀螺测量待测台面与基准水平面之间倾斜夹角的方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种基于光纤陀螺测量待测台面与基准水平面之间倾斜夹角的方法，步骤如下：a)将高精度光纤陀螺敏感轴垂直于待测台面安装并测得其标度因数K；b)按照步骤a)将陀螺与输出测试设备连接，并开机完全预热；c)在转台静止条件下，测得高精度光纤陀螺的输出数据组Data，并用计算机记录且测量时间大于10分钟；d)对步骤c)中输出数据组Data用计算机求其平均值，得到高精度光纤陀螺1精确的输出值X；e)测量当地的纬度为φ、陀螺的零位输出为B0，地球自转角度率为Ωe，根据公式Ωe×sinφ×cosθ＝(X‑B0)/K推算出待测台面与基准水平面之间的夹角θ。本发明水平倾斜程度的测试方法简单、易于实现，且使用设备少但测量精度高，因此应用广泛。
Description
技术领域
本发明属测量待检测工件表面与水平基准面之间的倾斜夹角技术领域，具体涉及一种基于光纤陀螺测量待测台面与基准水平面之间倾斜夹角的方法，具体指利用中高精度光纤陀螺准确感知地球自转角速度的原理来测量一个水平面水平倾斜角度情况的问题。
背景技术
在实验室建设、高精度测量、测试设备安装、调试等工作生产和生活过程中，经常需要对测试台面及设备工作面的水平度进行测试，以确保测试平台工作面趋于水平。随着测试要求对方位准确度的要求越来越高，缩小被测平面与基准平面之间的误差，确保被测平面极限趋近于基准水平面越来越具有更加重要的意义和作用。目前，使用传统调平方式无法满足仪器高精化调试的需求，而光纤陀螺属于惯性元器件，中高精度光纤陀螺可以准确感知地球自转角速率，因此利用其具有高精度、高分辨率的特点，将其应用于推算被测台面与水平面之间的夹角θ，现提出如下技术方案。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种基于光纤陀螺测量待测台面与基准水平面之间倾斜夹角的方法，通过将光纤陀螺敏感轴垂直于被测平面，并获知光纤陀螺仪的输出值，通过公式推算和求平均值的方法简单有效地获知待测台面与基准水平面之间的倾斜夹角度数，解决现有技术下无法精确获知待测台面是否趋近于基准水平面的技术难题。
本发明采用的技术方案：一种基于光纤陀螺测量待测台面与基准水平面之间倾斜夹角的方法，步骤如下：
a)将高精度光纤陀螺的敏感轴直且牢固安装于待测台面，根据GJB2426A-2004《光纤陀螺仪测试方法》中关于标度因数的具体测试方法测得高精度光纤陀螺的标度因数为K；
b)按照步骤a)中的高精度光纤陀螺垂直且牢固安装于待测台面的状态，将高精度光纤陀螺与输出测试设备连接，并对光纤陀螺通电开机后进行25-40分钟的完全预热；
c)按照步骤a)中的高精度光纤陀螺垂直且牢固安装于待测台面的状态，在转台静止条件下，通过与高精度光纤陀螺连接的输出测试设备测得高精度光纤陀螺在转台不同位置时的输出数据组Data，并用计算机记录该组输出数据组Data，且测量时间大于10分钟；
d)对步骤c)中计算机所记录的高精度光纤陀螺的输出数据组Data，用计算机求其平均值，得到高精度光纤陀螺精确的输出值X；
e)测量当地的纬度为φ，高精度光纤陀螺的零位输出为B0，地球自转角度率为Ωe，根据公式推算出待测台面与基准水平面之间的夹角θ。
公式：Ωe×sinφ×cosθ＝(X-B0)/K
优选地，上述步骤b)中高精度光纤陀螺的完全预热时间为30分钟。
其中，所述步骤a)中高精度光纤陀螺的敏感轴垂直于待测平面的上方牢固安装于待测台面，或所述步骤a)中高精度光纤陀螺的敏感轴垂直于待测平面的下方牢固安装于待测台面。
进一步地，按照步骤a)中高精度光纤陀螺的敏感轴垂直于待测平面的上方牢固安装于待测台面，通过步骤a)、b)、c)、d)、e)推算出待测台面与基准水平面之间的夹角值为θ1；按照步骤a)中高精度光纤陀螺的敏感轴垂直于待测平面的下方牢固安装于待测台面，通过步骤a)、b)、c)、d)、e)推算出待测台面与基准水平面(3)之间的夹角值为θ2；所述待测台面与基准水平面之间的夹角值θ为θ1和θ2的平均值。
本发明与现有技术相比的优点：
1、测试方法简单，易于实现，使用设备少，测量精度高，应用范围广；
2、只需先测得高精度光纤陀螺的标度因数K,然后将其固定安装于待测台面后，从与陀螺连接的测试设备直接读出陀螺的输出值X，在其余已知量，即地球自转角速率为Ωe、测量地当地纬度φ、光纤陀螺零位输出为B0均易获得的基础上，通过公式Ωe×sinφ×cosθ＝(X-B0)/K即可推算出待测台面与基准水平面之间的夹角值；
3、待测台面与基准水平面之间的夹角值可取最终的平均值，其可通过将高精度光纤陀螺的敏感轴分别垂直朝向待测台面的上、下方分别固定安装陀螺仪来实现精度的进一步提升。
附图说明
图1为本发明高精度光纤陀螺的敏感轴垂直于待测平面牢固安装的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1和具体实施例对本发明作进一步的详细阐述。
一种基于光纤陀螺测量待测台面与基准水平面之间倾斜夹角的方法，该方法的步骤如下：
为确保测量结果的精确，首先如图1所示：
a)将高精度光纤陀螺1的敏感轴101垂直于待测平面2的上方牢固安装于待测台面2，根据GJB2426A-2004《光纤陀螺仪测试方法》中关于标度因数的具体测试方法测得高精度光纤陀螺1的标度因数为K；
b)按照步骤a)中的高精度光纤陀螺1的敏感轴101垂直于待测平面2的上方牢固安装于待测台面2的状态，将高精度光纤陀螺1与输出测试设备连接，并对光纤陀螺通电开机后进行25-40分钟的完全预热；优选地，上述步骤b)中高精度光纤陀螺1的完全预热时间为30分钟。
c)按照步骤a)中的高精度光纤陀螺1的敏感轴101垂直于待测平面2的上方牢固安装于待测台面2的状态，在转台静止条件下，通过与高精度光纤陀螺1连接的输出测试设备测得高精度光纤陀螺1在转台不同位置时的输出数据组Data1，并用计算机记录该组输出数据组Data1，且测量时间大于10分钟；
d)对步骤c)中计算机所记录的高精度光纤陀螺1的输出数据组Data1，用计算机求其平均值，得到高精度光纤陀螺1精确的输出值X；
e)测量当地的纬度为φ，高精度光纤陀螺1的零位输出为B0，地球自转角度率为Ωe，根据公式推算出待测台面2与基准水平面3之间的夹角θ1。
公式：Ωe×sinφ×cosθ＝(X-B0)/K
其次，再以下述状态，重复上述步骤进行再次取值、测量和计算，以进一步提高测量值的精确度：
a)将高精度光纤陀螺1的敏感轴101垂直于待测平面2的下方牢固安装于待测台面2，根据GJB2426A-2004《光纤陀螺仪测试方法》中关于标度因数的具体测试方法测得高精度光纤陀螺1的标度因数为K；
b)按照步骤a)中的高精度光纤陀螺1的敏感轴101垂直于待测平面2的下方牢固安装于待测台面2的状态，将高精度光纤陀螺1与输出测试设备连接，并对光纤陀螺通电开机后进行25-40分钟的完全预热；优选地，上述步骤b)中高精度光纤陀螺1的完全预热时间为30分钟。
c)按照步骤a)中的高精度光纤陀螺1的敏感轴101垂直于待测平面2的下方牢固安装于待测台面2的状态，在转台静止条件下，通过与高精度光纤陀螺1连接的输出测试设备测得高精度光纤陀螺1在转台不同位置时的输出数据组Data2，并用计算机记录该组输出数据组Data2，且测量时间大于10分钟；
d)对步骤c)中计算机所记录的高精度光纤陀螺1的输出数据组Data2，用计算机求其平均值，得到高精度光纤陀螺1精确的输出值X；
e)测量当地的纬度为φ，高精度光纤陀螺1的零位输出为B0，地球自转角度率为Ωe，根据公式推算出待测台面2与基准水平面3之间的夹角θ2。
公式：Ωe×sinφ×cosθ＝(X-B0)/(-K)
最后，按照θ＝(θ1+θ2)/2，求平均值的方法，计算出待测平面2与基准水平面3之间的最终精确的夹角值θ。
即按照步骤a)中高精度光纤陀螺1的敏感轴101垂直于待测平面2的上方牢固安装于待测台面2，通过步骤a)、b)、c)、d)、e)推算出待测台面2与基准水平面3之间的夹角值为θ1；按照步骤a)中高精度光纤陀螺1的敏感轴101垂直于待测平面2的下方牢固安装于待测台面2，通过步骤a)、b)、c)、d)、e)推算出待测台面2与基准水平面3之间的夹角值为θ2。通过将上述θ1和θ2的值代入θ＝(θ1+θ2)/2，求得所述待测台面2与基准水平面3之间的夹角值θ，即θ1和θ2的平均值。
综上所述，该测试方法简单，易于实现，使用设备少，测量精度高，应用范围广；只需先测得高精度光纤陀螺1的标度因数K,且将其固定安装于待测台面2后，从与陀螺连接的测试设备直接读出陀螺的输出值X，在其余已知量，即地球自转角速率为Ωe、测量地当地纬度φ、光纤陀螺零位输出为B0均易获得的基础上，通过公式Ωe×sinφ×cosθ＝(X-B0)/K即可推算出待测台面2与基准水平面3之间的夹角值；待测台面2与基准水平面3之间的夹角值可取最终的平均值，其可通过将高精度光纤陀螺1的敏感轴101分别垂直朝向待测台面2的上、下方分别固定安装陀螺仪来实现精度多次测量后取平均值的理念进一步提升。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (4)
1.基于光纤陀螺测量待测台面与基准水平面之间倾斜夹角的方法，该方法的步骤如下：
a)将高精度光纤陀螺(1)的敏感轴(101)垂直且牢固安装于待测台面(2)，根据GJB2426A-2004《光纤陀螺仪测试方法》中关于标度因数的具体测试方法测得高精度光纤陀螺(1)的标度因数为K；
b)按照步骤a)中的高精度光纤陀螺(1)垂直且牢固安装于待测台面(2)的状态，将高精度光纤陀螺(1)与输出测试设备连接，并对光纤陀螺通电开机后进行25-40分钟的完全预热；
c)按照步骤a)中的高精度光纤陀螺(1)垂直且牢固安装于待测台面(2)的状态，在转台静止条件下，通过与高精度光纤陀螺(1)连接的输出测试设备测得高精度光纤陀螺(1)在转台不同位置时的输出数据组Data，并用计算机记录该组输出数据组Data，且测量时间大于10分钟；
其特征在于：d)对步骤c)中计算机所记录的高精度光纤陀螺(1)的输出数据组Data，用计算机求其平均值，得到高精度光纤陀螺(1)精确的输出值X；
e)测量当地的纬度为φ，高精度光纤陀螺(1)的零位输出为B0，地球自转角度率为Ωe，根据公式推算出待测台面(2)与基准水平面(3)之间的夹角θ
公式：Ωe×sinφ×cosθ＝(X-B0)/K。
2.根据权利要求1所述的基于光纤陀螺测量待测台面与基准水平面之间倾斜夹角的方法，其特征在于：上述步骤b)中高精度光纤陀螺(1)的完全预热时间为30分钟。
3.根据权利要求1所述的基于光纤陀螺测量待测台面与基准水平面之间倾斜夹角的方法，其特征在于：所述步骤a)中高精度光纤陀螺(1)的敏感轴(101)垂直于待测平面(2)的上方牢固安装于待测台面(2)，或所述步骤a)中高精度光纤陀螺(1)的敏感轴(101)垂直于待测平面(2)的下方牢固安装于待测台面(2)。
4.根据权利要求3所述的基于光纤陀螺测量待测台面与基准水平面之间倾斜夹角的方法，其特征在于：按照步骤a)中高精度光纤陀螺(1)的敏感轴(101)垂直于待测平面(2)的上方牢固安装于待测台面(2)，通过步骤a)、b)、c)、d)、e)推算出待测台面(2)与基准水平面(3)之间的夹角值为θ1；按照步骤a)中高精度光纤陀螺(1)的敏感轴(101)垂直于待测平面(2)的下方牢固安装于待测台面(2)，通过步骤a)、b)、c)、d)、e)推算出待测台面(2)与基准水平面(3)之间的夹角值为θ2；所述待测台面(2)与基准水平面(3)之间的夹角值θ为θ1和θ2的平均值。
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