CN112525219A - 一种光纤陀螺启动时间的判定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺启动时间的判定方法及系统，采用对光纤陀螺工作过程中零偏变化幅度范围的跟踪和判定来实现对光纤陀螺启动时间或启动过程的判定，整个判定过程测试步骤清晰明了，可操作性强，判定结果准确可靠。

Description

一种光纤陀螺启动时间的判定方法及系统

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺启动时间的判定方法及系统。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的光学角速率传感器，随着现代化武器和惯性导航对传感器快速反应的要求日益提高，光纤陀螺的快速启动显得尤为重要，光纤陀螺的启动时间成为光纤陀螺的一项重要测试参数。

在现行的光纤陀螺评价技术体系中，对光纤陀螺启动时间的定义和评价标准已经不再适用于现有的光纤陀螺启动时间的准确评价。在《光纤陀螺测试方法(GJB2426A-2015)》中，对于启动时间定义为光纤陀螺在规定的工作条件下，从加电开始至达到规定性能所需要的时间。但是对现有的高精度光纤陀螺而言，光纤陀螺上电后达到规定性能所需要的时间几乎为零，不能实现陀螺启动过程的准确判定。因此，需要一种操作性强、准确可靠的新标准和方法来实现光纤陀螺启动时间的评判，以取代国军标中现已经过时的启动过程评测方法。

目前，对于光纤陀螺启动时间行业认同的定义为：光纤陀螺在上电过程中，光学器件、软件的稳定时间以及内部光电子元器件的串扰等因素(这些因素由温度变化引起)导致光纤陀螺输出数据由漂移达到稳定，光纤陀螺输出数据由漂移到稳定这个过程所经历的时间长度则称为光纤陀螺启动时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤陀螺启动时间的判定方法及系统，以解决传统光纤陀螺评价技术体系中光纤陀螺启动时间与实际应用不相符，无法准确评价启动时间的问题。根据行业认同的光纤陀螺启动时间的定义，本发明提供一种操作性强、准确可靠的新方法来实现光纤陀螺启动时间的准确评判。

本发明独立权利要求的技术方案解决了上述发明目的中的一个或多个。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种光纤陀螺启动时间的判定方法，包括以下步骤：

将光纤陀螺置于测试平台上，光纤陀螺输入基准轴垂直于测试平台的台面，光纤陀螺保持静止状态，采集时间段T内光纤陀螺的输出数据；

将所述光纤陀螺的输出数据除以光纤陀螺的标度因数，使光纤陀螺的输出数据由无量纲量转化为有量纲量；

对转化后的数据进行多项式曲线拟合，获得一条包含光纤陀螺每秒输出零偏值的拟合曲线，即获得零偏曲线；

选取所述零偏曲线中T/2至T数据区间的陀螺零偏值进行平均值计算，获得零偏平均值，并将1至T/2－1数据区间中的每个陀螺零偏值分别与所述零偏平均值进行差值运算，取差值运算结果的绝对值，该差值运算结果的绝对值记为A_i，i＝1,2,3,…,T/2－1；

根据光线陀螺的零偏稳定性或零偏变化指标，确定光线陀螺所允许的零偏变化量△B；

将每个差值运算结果的绝对值A_i分别与所述零偏变化值△B进行差值运算，并取差值运算结果的绝对值，即︱A_i—△B︱；

选取满足︱A_i—△B︱≤0条件的所有A_i值，在该所有A_i值中最大A_i值所对应的时间i即为光纤陀螺的启动时间。

光纤陀螺工作初期，由于内外温度环境对陀螺光纤环的影响，陀螺会出现零偏变化，即表现为启动过程，当光纤陀螺零偏趋于稳定时，即光纤陀螺完成启动；本发明采用对光纤陀螺工作过程中零偏变化幅度范围的跟踪和判定来实现对光纤陀螺启动时间或启动过程的判定，整个判定过程测试步骤清晰明了，可操作性强，判定结果准确可靠。

进一步地，所述时间段T大于等于3600s。

进一步地，所述光纤陀螺所允许的零偏变化量△B为0.02°/h。

本发明还提供一种光纤陀螺启动时间的判定系统，包括：

测试平台，用于承载待判定光纤陀螺，并采集所述光纤陀螺在时间段T内的输出数据；

数据处理及显示装置，包括数据获取单元、曲线获取单元、第一差值运算单元、输入单元、第二差值运算单元、启动时间确定单元以及显示单元；

所述数据获取单元，用于获取所述光纤陀螺在时间段T内的输出数据，并将所述输出数据除以光纤陀螺的标度因数，使光纤陀螺的输出数据由无量纲量转化为有量纲量；

所述曲线获取单元，用于对所述数据获取单元转化后的数据进行多项式曲线拟合，获得一条包含光纤陀螺每秒输出零偏值的拟合曲线，即获得零偏曲线；

所述第一差值运算单元，用于选取所述零偏曲线中T/2至T数据区间的陀螺零偏值进行平均值计算，获得零偏平均值，并将1至T/2－1数据区间中的每个陀螺零偏值分别与所述零偏平均值进行差值运算，取差值运算结果的绝对值，该差值运算结果的绝对值记为A_i，i＝1,2,3,…,T/2－1；

所述输入单元，用于输入光线陀螺所允许的零偏变化量△B；

所述第二差值运算单元，用于将所述第一差值运算单元中每个差值运算结果的绝对值A_i分别与所述零偏变化值△B进行差值运算，并取差值运算结果的绝对值，即︱A_i—△B︱；

所述启动时间确定单元，用于选取满足︱A_i—△B︱≤0条件的所有A_i值，在该所有A_i值中最大值A_i所对应的时间i即为光纤陀螺的启动时间；

所述显示单元，用于显示光纤陀螺的输出数据、零偏曲线、光纤陀螺的启动时间。

有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种光纤陀螺启动时间的判定方法及系统，采用对光纤陀螺工作过程中零偏变化幅度范围的跟踪和判定来实现对光纤陀螺启动时间或启动过程的判定，整个判定过程测试步骤清晰明了，可操作性强，判定结果准确可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中光纤陀螺静态输出数据曲线；

图2是本发明实施例中光纤陀螺的零偏曲线(零偏曲线为图2中黑色实线所示)。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

光线陀螺所允许的零偏变化量△B是根据客户对光纤陀螺零偏稳定性或零偏变化指标要求来确定的，本实施例以某型号光纤陀螺所允许的零偏变化量△B要求不大于0.02°/h为例来说明光纤陀螺启动时间的判定方法。

本实施例所提供的一种光纤陀螺启动时间的判定方法，包括以下步骤：

1、采集光纤陀螺静态输出数据

将光纤陀螺置于测试平台上，光纤陀螺输入基准轴垂直于测试平台的台面，光纤陀螺保持静止状态，采集时间段T内光纤陀螺的输出数据。本实施例中，时间段T为7200s，每秒钟对应一个输出数据，共有7200个数据。

由于行业内光纤陀螺零偏测试时间通常为3600s和7200s，甚至是更长的测试时间，以及不同型号、规格、精度水平的光纤陀螺启动时间通常在1～3600s范围内，为提高本发明方法的通用性，将光纤陀螺输出数据的采集时间设定为大于或等于3600s。

2、输出数据转化

将光纤陀螺的输出数据除以光纤陀螺的标度因数，使光纤陀螺的输出数据由无量纲量转化为有量纲量，有量纲量的单位为°/h，转化后光纤陀螺的输出数据如图1所示。

本实施例中，光纤陀螺的标度因数可以按照光纤陀螺测试方法(GJB2426A-2015)中标度因数测试方法进行测试获得，通过转台对光纤陀螺施加转速，标度因数即为当转台对光纤陀螺施加1°/s的转速时，陀螺输出的数字量的大小。

3、零偏曲线拟合

对转化后的数据进行多项式曲线拟合，获得一条包含光纤陀螺每秒输出零偏值B_i(i＝1,2,3,…,7200)的拟合曲线，即获得零偏曲线，如图2所示。从图2可得，在2000s之前，光纤陀螺处于启动过程(即启动段)，零偏值不稳定，2000s之后，零偏值趋于稳定(即稳定段)，根据零偏曲线还可以调整光纤陀螺输出数据的采集时间，使T/2之后为稳定段，提高启动时间的判定准确度。

光纤陀螺零偏的定义为：采样时间段内，光纤陀螺输出量平均值与陀螺标度因数的比值。通过对转化后的输出数据进行多项式曲线拟合，获得整个采样时间段T内输出数据的零偏变化曲线，进而获得每秒输出数据所对应的零偏值，因此，拟合曲线包含光纤陀螺每秒输出零偏值。

4、启动段与稳定段的零偏值的差值运算

选取零偏曲线中3600s至7200s数据区间的陀螺零偏值进行平均值计算，获得零偏平均值B，并将1至3599s数据区间中的每个陀螺零偏值B_i(i＝1,2,3,…,3599)分别与零偏平均值B进行差值运算，取差值运算结果的绝对值，该差值运算结果的绝对值记为A_i，i＝1,2,3,…,3599。

本实施例中，3600s至7200s数据区间的零偏平均值B＝7.1177°/h。

在零偏曲线中，以1～3599s为启动段，以3600s～7200s为稳定段，启动段输出数据所对应的零偏值与稳定段输出数据所对应的零偏值之间的差值，再结合光纤陀螺所允许的零偏变化量对光纤陀螺的启动时间进行计算，可以将启动时间的计算精确到秒级，甚至是毫秒级。

5、每个差值运算结果的绝对值A_i与所允许的零偏变化值△B的差值运算

将步骤4得到的每个差值运算结果的绝对值A_i(i＝1,2,3,…,3599)分别与所允许的零偏变化值△B进行差值运算，并取绝对值，即︱A_i—△B︱，△B＝0.02°/h。

6、确定启动时间

所有满足︱A_i—△B︱≤0条件的A_i值中的最大值所对应的时间i即为光纤陀螺的启动时间，即︱A_i—△B︱≤0，且A_t＝max(A_i，i＝1,2,3,…,3599)，t为启动时间，本实施例中，t＝451s。

对于启动过程不明显的光纤陀螺，可以将陀螺静态输出数据的更新率由每秒钟一个输出数据提高至每毫秒一个输出数据，相应得到的陀螺的启动时间由秒级变为毫秒级，提高了光纤陀螺启动时间的判定精度，该判定方法适用范围广泛，可以实现陀螺启动时间的直观、量化、精确地判定。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光纤陀螺启动时间的判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

将光纤陀螺置于测试平台上，光纤陀螺输入基准轴垂直于测试平台的台面，光纤陀螺保持静止状态，采集时间段T内光纤陀螺的输出数据；

将所述光纤陀螺的输出数据除以光纤陀螺的标度因数，使光纤陀螺的输出数据由无量纲量转化为有量纲量；

对转化后的数据进行多项式曲线拟合，获得一条包含光纤陀螺每秒输出零偏值的拟合曲线，即获得零偏曲线；

选取所述零偏曲线中T/2至T数据区间的陀螺零偏值进行平均值计算，获得零偏平均值，并将1至T/2－1数据区间中的每个陀螺零偏值分别与所述零偏平均值进行差值运算，取差值运算结果的绝对值，该差值运算结果的绝对值记为A_i，i＝1,2,3,…,T/2－1；

根据光线陀螺的零偏稳定性或零偏变化指标，确定光线陀螺所允许的零偏变化量△B；

将每个差值运算结果的绝对值A_i分别与所述零偏变化值△B进行差值运算，并取差值运算结果的绝对值，即︱A_i—△B︱；

选取满足︱A_i—△B︱≤0条件的所有A_i值，在该所有A_i值中最大A_i值所对应的时间i即为光纤陀螺的启动时间。

2.如权利要求1所述的光纤陀螺启动时间的判定方法，其特征在于：所述时间段T大于等于3600s。

3.如权利要求1或2所述的光纤陀螺启动时间的判定方法，其特征在于：所述光纤陀螺所允许的零偏变化量△B为0.02°/h。

4.一种光纤陀螺启动时间的判定系统，其特征在于，包括：

测试平台，用于承载待判定光纤陀螺，并采集所述光纤陀螺在时间段T内的输出数据；

数据处理及显示装置，包括数据获取单元、曲线获取单元、第一差值运算单元、输入单元、第二差值运算单元、启动时间确定单元以及显示单元；

所述数据获取单元，用于获取所述光纤陀螺在时间段T内的输出数据，并将所述输出数据除以光纤陀螺的标度因数，使光纤陀螺的输出数据由无量纲量转化为有量纲量；

所述曲线获取单元，用于对所述数据获取单元转化后的数据进行多项式曲线拟合，获得一条包含光纤陀螺每秒输出零偏值的拟合曲线，即获得零偏曲线；

所述第一差值运算单元，用于选取所述零偏曲线中T/2至T数据区间的陀螺零偏值进行平均值计算，获得零偏平均值，并将1至T/2－1数据区间中的每个陀螺零偏值分别与所述零偏平均值进行差值运算，取差值运算结果的绝对值，该差值运算结果的绝对值记为A_i，i＝1,2,3,…,T/2－1；

所述输入单元，用于输入光线陀螺所允许的零偏变化量△B；

所述第二差值运算单元，用于将所述第一差值运算单元中每个差值运算结果的绝对值A_i分别与所述零偏变化值△B进行差值运算，并取差值运算结果的绝对值，即︱A_i—△B︱；

所述启动时间确定单元，用于选取满足︱A_i—△B︱≤0条件的所有A_i值，在该所有A_i值中最大值A_i所对应的时间i即为光纤陀螺的启动时间；

所述显示单元，用于显示光纤陀螺的输出数据、零偏曲线、光纤陀螺的启动时间。

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