CN113375631B - 一种陀螺光纤环加速度场下的最大形变量测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陀螺光纤环加速度场下的最大形变量测量装置及方法，包括刚性载体和第一压力传感器；刚性载体为圆环状，包括外壳和盖板，外壳内部设置有用于放置陀螺光纤环组件的光纤环壳，光纤环内置在光纤环壳内，外壳空腔内环直径和高度大于光纤环壳外环直径和高度，盖板位于外壳顶部，与外壳可拆卸连接；在刚性载体的过圆心横截面上，光纤环壳内的空腔内壁和底面上各设置第一压力传感器，第一压力传感器与光纤环壳的间距为光纤环壳允许的最大水平形变量。能够测量出光纤环壳在不同加速度下对应的最大水平形变量，防止光纤环壳及光纤环的变形碰撞。
Description
技术领域
本发明属于陀螺光纤环领域，涉及一种陀螺光纤环加速度场下的最大形变量测量装置及方法。
背景技术
光纤陀螺是没有活动部件的全固态陀螺仪，其核心技术在于光纤环技术，光纤环直接决定了光纤陀螺的最终精度，其中由于在不稳定的复杂使用环境中，当陀螺光纤环整体处于与中心轴线相垂直的加速场，即横向加速度场中，光纤环壳会发生形变，如果变形足够大，不仅会对光纤环壳产生损伤，并且会引起光纤环与光纤环壳之间的碰撞与摩擦，使光纤环发生永久变形，甚至会有表面磨损的现象，严重影响光纤陀螺的测量精度和稳定性，进而限制了其应用的广泛性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种陀螺光纤环加速度场下的最大形变量测量装置及方法，能够测量出光纤环壳在不同加速度下对应的最大水平形变量，防止光纤环壳及光纤环的变形碰撞。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种陀螺光纤环加速度场下的最大形变量测量装置，包括刚性载体和第一压力传感器；
刚性载体为圆环状，包括外壳和盖板，外壳内部设置有用于放置陀螺光纤环组件的光纤环壳，光纤环内置在光纤环壳内，外壳空腔内环直径和高度大于光纤环壳外环直径和高度，盖板位于外壳顶部，与外壳可拆卸连接；
在刚性载体的过圆心横截面上，光纤环壳内的空腔内壁和底面上各设置第一压力传感器，第一压力传感器与光纤环壳的间距为光纤环壳允许的最大水平形变量。
优选的，在光纤环壳内壁上设置第二压力传感器，并与第一压力传感器所在过圆心横截面相同。
优选的，盖板外侧设置有连接件，盖板通过连接件与外壳顶部连接。
进一步，盖板内侧上设置有螺纹孔，采用螺栓将盖板与光纤环壳顶部连接。
优选的，第一压力传感器与外壳之间可以设置有若干个垫片，垫片与垫片之间及垫片与外壳空腔内壁之间可拆卸连接。
进一步，垫片与垫片之间及垫片与外壳空腔内壁之间为粘接设置。
优选的，第一压力传感器输出端连接有信号放大器输入端，信号放大器输出端连接有信号显示器输入端。
一种基于上述任意一项所述装置的陀螺光纤环加速度场下最大形变量的测量方法，光纤环壳顶部与盖板之间采用螺纹连接，盖板固定在外壳顶部，光纤环壳周面和顶底面与外壳内壁和盖板底面均间隙设置，在空腔两侧的外环和底面上各放置第一压力传感器，第一压力传感器与光纤环壳的间距为光纤环壳允许的最大形变量；
然后对刚性载体从小到大逐级多次施加横向加速度，横向加速度位于第一压力传感器所在横截面上，当任意第一压力传感器检测到压力信号时，该次试验所施加的横向加速度导致光纤环壳发生了与第一压力传感器和光纤环壳之间的间隙量相同的形变值，通过改变垫片数量可调节第一压力传感器和光纤环壳内壁和底面之间的间隙量，以实现不同加速度场下的最大形变量测试。
优选的，对光纤环壳在不同加速度场下的最大形变量测量完成后，光纤环壳顶部采用螺栓穿过螺纹孔与盖板连接，盖板固定在外壳顶部，光纤环壳周面和顶底面与外壳内壁和盖板底面均贴合设置，在第一压力传感器所在横截面的平面上，光纤环壳内腔两侧的外环和内环上各设置一个第二压力传感器；
然后向刚性载体从小到大逐级多次施加横向加速度，横向加速度位于第一压力传感器所在横截面上，当任意第二压力传感器检测到压力信号时，可检测确定该加速度下光纤环的变形量值，并在第二压力传感器与光纤环壳之间设置垫片调节第二压力传感器与光纤环之间的间隙，再向刚性载体从小到大逐级多次施加横向加速度，当任意第二压力传感器检测到压力信号时，依次可以得到不同加速度场下光纤环的形变值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在刚性载体内部设置多个第一压力传感器，由于第一压力传感器的间距为光纤环壳允许的最大水平形变量，因此只需要对刚性载体施加不同的横向加速度，便能够测得光纤环壳在不同加速度下对应的最大水平形变量，测量方便快捷。
进一步，在光纤环壳内腔两侧的外环和内环上各设置一个第二压力传感器，能够将光纤环壳固定，在对光纤环壳的不同加速度下对应的最大水平形变量测量完成后，继续进行加速度试验，对比该次试验的横向加速度和光纤环壳的最大形变量，可以得到不同加速度场下光纤环的形变值，最终的得到的形变值更加精确。
进一步，通过螺栓将盖板和光纤环壳顶部连接，能够调节盖板和光纤环壳顶部的间距及光纤环壳底部和空腔底部的间距，试验过程更加灵活，不需要根据光纤环壳底部和空腔底部的间距的调节去更换不同尺寸的刚性载体。
进一步，通过垫片的设置，能够根据不同的陀螺光纤环组件的形变量不同，对第一压力传感器和光纤环壳的间距进行调节，试验过程更加灵活，不需要根据光纤环壳底部和空腔底部的间距的调节去更换不同尺寸的刚性载体。
附图说明
图1为本发明的测量光纤陀螺外壳形变示意图；
图2为本发明的测量光纤陀螺光纤环形变示意图；
图3为本发明的第一种加载状态电路连接示意图；
图4为本发明的第二种加载状态电路连接示意图。
其中：1-外壳；2-盖板；3-光纤环壳；4-光纤环；5-第一压力传感器；6-第二压力传感器；7-第二外壳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，为本发明所述的陀螺光纤环加速度场下的最大形变量测量装置，包括刚性载体、第一压力传感器5和第二压力传感器6。
刚性载体为圆环状，包括外壳1和盖板2，外壳1内部设置有用于放置陀螺光纤环组件的光纤环壳3的空腔，空腔外环直径大于光纤环壳3外环直径，空腔内环直径小于光纤环壳3内环直径，空腔高度大于光纤环壳3高度，保证光纤环壳3所有部位与空腔均能间隙设置，避免过多的接触造成试验数据不够精确。
盖板2位于外壳1顶部，与外壳1可拆卸连接，具体的盖板2为圆环状，盖板2的外圆出设置有多个螺钉与刚性载体的顶部连接，内圆直径大于光纤环壳3内环直径，盖板2内圆底部设置有连接件，盖板2通过连接件与光纤环壳3顶部连接；具体的盖板2内圆上设置有螺纹孔，连接件采用螺纹连接将盖板2与光纤环壳3顶部连接。能够通过螺栓调节盖板2和光纤环壳3顶部的间距及光纤环壳3底部和空腔底部的间距，试验过程更加灵活，不需要根据光纤环壳3底部和空腔底部的间距的调节去更换不同尺寸的刚性载体。
刚性载体的空腔内设置有多个垫片，垫片与垫片之间及垫片与空腔外环之间可拆卸连接，第一压力传感器5设置在位于空腔最内侧的垫片上，具体的垫片与垫片之间及垫片与空腔外环之间粘接设置。垫片的设置能够根据不同的陀螺光纤环组件的最大形变量不同，对第一压力传感器5和光纤环壳3的间距进行调节，试验过程更加灵活，不需要根据光纤环壳3底部和空腔底部的间距的调节去更换不同尺寸的刚性载体。
本装置测量陀螺光纤环组件最大形变量加速度有两种加载状态，一种为检测光纤环壳3允许的最大水平形变量对应的最大加速度值，另一种为光纤环4允许的最大水平形变量对应的最大加速度值。
两种加载状态下，可以使用同一个外壳1，也可以使用不同外壳1，本实施例采用两种外壳1。
对光纤环壳在不同加速度场下的最大形变量测量完成后，光纤环壳取出放置于第二外壳7中，且与第二外壳7紧配合，盖板2的外圆处设置有多个螺钉与第二外壳7的顶部连接，并且，盖板2通过连接件与光纤环壳3顶部连接，在第一压力传感器所在横截面的平面上，光纤环壳内腔两侧的外环和内环上各设置一个第二压力传感器；
第二外壳7的空腔内设置有多个垫片，垫片与垫片之间及垫片与外壳内壁之间可拆卸连接，第二压力传感器设置在位于空腔最内侧的垫片上，具体的垫片与垫片之间及垫片与外壳内壁之间粘接设置。垫片的设置能够根据不同的陀螺光纤环组件的最大形变量不同，对第二压力传感器和光纤环的间距进行调节，实现不同加速度场的测试需求，试验过程更加灵活。
当检测光纤环壳3允许的最大水平形变量时，盖板2和光纤环壳3间隙设置，在刚性载体的过圆心横截面上，空腔两侧的外环和底面上各设置若干个垫片，位于空腔最内侧的垫片上设置有第一压力传感器5，外环的两个第一压力传感器5间距为光纤环壳3允许的最大水平形变量。
当检测光纤环4允许的最大水平形变量时，光纤环壳3顶部采用螺栓穿过螺纹孔与盖板2连接，盖板2固定在外壳1顶部，光纤环壳3周面和顶底面与外壳1内壁和盖板2底面均贴合设置，光纤环壳3被第二外壳7和盖板2贴合封装，在第一压力传感器5所在横截面的平面上，光纤环壳3内腔两侧的外环和内环上各设置一个第二压力传感器6。
如图3和图4所示，第一压力传感器5输出端分别连接有一个信号放大器输入端，信号放大器输出端连接有信号显示器输入端。
本装置在测量陀螺光纤环加速度场下最大形变量时，先检测光纤环壳3允许的最大水平形变量，光纤环壳3顶部采用螺栓穿过螺纹孔与盖板2连接，盖板2固定在外壳1顶部，光纤环壳3周面和顶底面与外壳1内壁和盖板2底面均间隙设置，在空腔两侧的外环和底面上各放置一个第一压力传感器5，第一压力传感器5与光纤环壳3的间距为光纤环壳3允许的最大水平形变量。
然后向刚性载体从小到大逐级多次施加横向加速度，横向加速度位于第一压力传感器5所在横截面上，当任意第一压力传感器5检测到压力信号时，该次试验的横向加速度产生的光纤环壳3水平形变量为允许的最大水平形变量。
对光纤环壳3的最大形变量测量完成后，检测光纤环4允许的最大水平形变量，光纤环壳3顶部采用螺栓穿过螺纹孔与盖板2连接，盖板2固定在第二外壳7顶部，光纤环壳3被第二外壳7和盖板2贴合封装，在第一压力传感器5所在横截面的平面上，光纤环壳3内腔两侧的外环和内环上各设置一个第二压力传感器6。
然后向刚性载体从小到大逐级多次施加横向加速度，横向加速度位于第一压力传感器5所在横截面上，当任意第二压力传感器6检测到压力信号时，该次试验的横向加速度产生的光纤环4水平形变量为允许的最大水平形变量。
然后向刚性载体从小到大逐级多次施加横向加速度，横向加速度位于第一压力传感器5所在横截面上，当任意第二压力传感器6检测到压力信号时，对比该次试验的横向加速度和光纤环壳3的最大形变量测得的加速度值，取较小的加速度值作为陀螺光纤环组件允许的最大水平形变量对应的最大加速度值。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种陀螺光纤环加速度场下的最大形变量测量装置，其特征在于，包括刚性载体和第一压力传感器（5）；
刚性载体为圆环状，包括外壳（1）和盖板（2），外壳（1）内部设置有用于放置陀螺光纤环组件的光纤环壳（3），光纤环（4）内置在光纤环壳（3）内，外壳（1）空腔内环直径和高度大于光纤环壳（3）外环直径和高度，盖板（2）位于外壳（1）顶部，与外壳（1）可拆卸连接；
在刚性载体的过圆心横截面上，光纤环壳（3）外的空腔内壁和底面上各设置第一压力传感器（5），第一压力传感器（5）与光纤环壳（3）的间距为光纤环壳（3）允许的最大水平形变量。
2.根据权利要求1所述的陀螺光纤环加速度场下的最大形变量测量装置，其特征在于，在光纤环壳（3）内壁上设置第二压力传感器（6），并与第一压力传感器（5）所在过圆心横截面相同。
3.根据权利要求1所述的陀螺光纤环加速度场下的最大形变量测量装置，其特征在于，盖板（2）外侧设置有连接件，盖板（2）通过连接件与外壳（1）顶部连接。
4.根据权利要求3所述的陀螺光纤环加速度场下的最大形变量测量装置，其特征在于，盖板（2）内侧上设置有螺纹孔，采用螺栓将盖板（2）与光纤环壳（3）顶部连接。
5.根据权利要求1所述的陀螺光纤环加速度场下最大形变量的测量装置，其特征在于，第一压力传感器（5）与外壳（1）之间设置有若干个垫片，垫片与垫片之间及垫片与外壳（1）空腔内壁之间可拆卸连接。
6.根据权利要求5所述的陀螺光纤环加速度场下最大形变量的测量装置，其特征在于，垫片与垫片之间及垫片与外壳（1）空腔内壁之间为粘接设置。
7.根据权利要求1所述的陀螺光纤环加速度场下最大形变量的测量装置，其特征在于，第一压力传感器（5）输出端连接有信号放大器输入端，信号放大器输出端连接有信号显示器输入端。
8.一种基于权利要求1-7任意一项所述装置的陀螺光纤环加速度场下最大形变量的测量方法，其特征在于，光纤环壳（3）顶部与盖板（2）之间采用螺纹连接，盖板（2）固定在外壳（1）顶部，光纤环壳（3）周面和顶底面与外壳（1）内壁和盖板（2）底面均间隙设置，在空腔两侧的外环和底面上各放置第一压力传感器（5），第一压力传感器（5）与光纤环壳（3）的间距为光纤环壳（3）允许的最大形变量；
然后对刚性载体从小到大逐级多次施加横向加速度，横向加速度位于第一压力传感器（5）所在横截面上，当任意第一压力传感器（5）检测到压力信号时，该次试验所施加的横向加速度导致光纤环壳（3）发生了与第一压力传感器（5）和光纤环壳（3）之间的间隙量相同的形变值，通过改变垫片数量可调节第一压力传感器（5）和光纤环壳（3）内壁和底面之间的间隙量，以实现不同加速度场下的最大形变量测试。
9.根据权利要求8所述的陀螺光纤环加速度场下最大形变量的测量方法，其特征在于，对光纤环壳（3）在不同加速度场下的最大形变量测量完成后，光纤环壳（3）顶部采用螺栓穿过螺纹孔与盖板（2）连接，盖板（2）固定在外壳（1）顶部，光纤环壳（3）周面和顶底面与外壳（1）内壁和盖板（2）底面均贴合设置，在第一压力传感器（5）所在横截面的平面上，光纤环壳（3）内腔两侧的外环和内环上各设置一个第二压力传感器（6）；
然后向刚性载体从小到大逐级多次施加横向加速度，横向加速度位于第一压力传感器（5）所在横截面上，当任意第二压力传感器（6）检测到压力信号时，可检测确定该加速度下光纤环（4）的变形量值，并在第二压力传感器（6）与光纤环壳（3）之间设置垫片调节第二压力传感器（6）与光纤环（4）之间的间隙，再向刚性载体从小到大逐级多次施加横向加速度，当任意第二压力传感器（6）检测到压力信号时，依次可以得到不同加速度场下光纤环（4）的形变值。
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