CN114216450B - 一种光纤陀螺的标度因数温度补偿方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光纤陀螺的标度因数温度补偿方法及系统，该方法通过获取预存的温度补偿列表并检测当前环境温度，从所述温度补偿列表中查找出当前环境温度所对应的标度因数，并将查找出的标定因素，作为当前环境温度下所述光纤陀螺补偿后的标度因数，由于温度补偿列表中可以存储不同温度值下的标度因数，解决了现有技术中因为通过多项式拟合的方法，无法达到更宽的温度范围，导致标度因数补偿精度不足的问题，用户体验度好、满意度高。

Description

一种光纤陀螺的标度因数温度补偿方法及系统
技术领域
本发明涉及光纤陀螺技术领域，具体涉及一种光纤陀螺的标度因数温度补偿方法及系统。
背景技术
光纤陀螺中，光纤环是由几百甚至几千米的光纤绕制而成，最终形成一定直径大小的中空圆柱体。光纤陀螺是通过检测相位得到载体旋转角速率，二者之间的换算系数被称为标度因数，标度因数与光源的波长、光纤环的长度和直径相关。实际应用中，标度因数会随着温度发生变化，影响了光纤陀螺的使用精度。在工程应用中，需要对标度因数进行温度补偿，从而提高其稳定性。
根据闭环光纤陀螺仪的原理，Sagnac相移Δφ与输出角速率Ω之间对应关系式：
Figure BDA0003401198910000011
式中：
λ——光源的平均波长，为1550nm；
c——真空中的光速，为3×108m/s；
L——光纤长度；
D——光纤传感环圈的平均直径。
公式(1)中，
Figure BDA0003401198910000012
可认为是陀螺的标度因数。通常情况下，随着温度变化，光纤长度L和光纤传感环圈的平均直径D都会随之变化，是光纤陀螺标度因数变化的主要因素，二者的乘积变化率可以达到3000ppm，对于高精度光纤陀螺而言，这种变化严重影响了陀螺的使用精度，必须进行温度补偿。
现有技术下，温度补偿的方法是通过试验的方法，预先测试光纤陀螺随温度变化的规律，通过多项式拟合的方法进行补偿，该种方法的不足之处是：通过多项式拟合的方法，无法达到更宽的温度范围，测试的覆盖性不足，因此，无法预先进行温度条件模拟。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光纤陀螺标度因数宽温域温度补偿的方法，以解决现有技术中，因为通过多项式拟合的方法，无法达到更宽的温度范围，导致标度因数补偿精度不足的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种光纤陀螺的标度因数温度补偿方法，包括：
获取预存的温度补偿列表，所述温度补偿列表中存储有不同温度下光纤陀螺仪的标度因数；
检测当前环境温度；
从所述温度补偿列表中查找出当前环境温度所对应的标度因数，并将查找出的标定因素，作为当前环境温度下所述光纤陀螺补偿后的标度因数。
优选地，所述方法，还包括：
测量不同温度点下，光纤陀螺的光纤长度和光纤环圈的平均直径；
根据所述光纤长度和平均直径，计算不同温度点下，所述光纤陀螺的标度因数；
将所有温度点及每个温度点下的标度因数对应存储在温度补偿列表中。
优选地，所述光纤陀螺的光纤按照对称方式绕制，光纤与光纤之间的空隙填充胶粘剂，对这种复合材料构成的光纤环，根据光纤和胶粘剂的模量、膨胀系数参数，测量不同温度点下，光纤环圈的平均直径。
优选地，所述方法，还包括：
划定一温度范围；
按预设温度步长，提取所述温度范围内的多个温度点；
所述测量不同温度点下，光纤陀螺的光纤长度和光纤环圈的平均直径，具体为：
测量预设温度范围内不同温度点下，光纤陀螺的光纤长度和光纤环圈的平均直径。
优选地，所述温度范围，包括：-55℃～150℃；
所述预设温度步长，包括：N/10，其中，N≥1。
优选地，所述温度补偿列表预存在所述光纤陀螺的控制芯片的内部寄存器中。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种光纤陀螺的输出角速率计算方法，包括：光纤陀螺的标度因数温度补偿方法。
优选地，所述方法，还包括：
根据相移Δφ与输出角速率Ω之间对应关系式公式(1)计算光纤陀螺的输出角速率，具体为：
Figure BDA0003401198910000031
式中：
λ——光源的平均波长，为1550nm；
c——真空中的光速，为3×108m/s；
L——光纤长度；
D——光纤传感环圈的平均直径。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种光纤陀螺的标度因数温度补偿系统，包括：
获取模块，用于获取预存的温度补偿列表，所述温度补偿列表中存储有不同温度下光纤陀螺仪的标度因数；
检测模块，用于检测当前环境温度；
查找模块，用于从所述温度补偿列表中查找出当前环境温度所对应的标度因数，并将查找出的标定因素，作为当前环境温度下所述光纤陀螺补偿后的标度因数。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明提供的技术方案，通过获取预存的温度补偿列表并检测当前环境温度，从所述温度补偿列表中查找出当前环境温度所对应的标度因数，并将查找出的标定因素，作为当前环境温度下所述光纤陀螺补偿后的标度因数，由于温度补偿列表中可以存储不同温度值下的标度因数，解决了现有技术中因为通过多项式拟合的方法，无法达到更宽的温度范围，导致标度因数补偿精度不足的问题，用户体验度好、满意度高。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种光纤陀螺的标度因数温度补偿方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种光纤陀螺的标度因数温度补偿系统的示意框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一
图1是根据一示例性实施例示出的一种光纤陀螺的标度因数温度补偿方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤S11、获取预存的温度补偿列表，所述温度补偿列表中存储有不同温度下光纤陀螺仪的标度因数；
步骤S12、检测当前环境温度；
步骤S13、从所述温度补偿列表中查找出当前环境温度所对应的标度因数，并将查找出的标定因素，作为当前环境温度下所述光纤陀螺补偿后的标度因数。
需要说明的是，本实施例提供的技术方案，适用于光纤陀螺中。
在具体实践中，所述温度补偿列表预存在所述光纤陀螺的控制芯片的内部寄存器中。所述步骤S11“获取预存的温度补偿列表”通过读取光纤陀螺的控制芯片的内部寄存器中的温度补偿列表来获取。
所述步骤S12“检测当前环境温度”，通过温度传感器来获取。
在具体实践中，所述方法，还包括：
测量不同温度点下，光纤陀螺的光纤长度和光纤环圈的平均直径；
根据所述光纤长度和平均直径，计算不同温度点下，所述光纤陀螺的标度因数；
将所有温度点及每个温度点下的标度因数对应存储在温度补偿列表中。
在具体实践中，所述光纤陀螺的光纤按照对称方式绕制，光纤与光纤之间的空隙填充胶粘剂，对这种复合材料构成的光纤环，根据光纤和胶粘剂的模量、膨胀系数参数，测量不同温度点下，光纤环圈的平均直径。
在具体实践中，所述方法，还包括：
划定一温度范围；
按预设温度步长，提取所述温度范围内的多个温度点；
所述测量不同温度点下，光纤陀螺的光纤长度和光纤环圈的平均直径，具体为：
测量预设温度范围内不同温度点下，光纤陀螺的光纤长度和光纤环圈的平均直径。
在具体实践中，所述温度范围，包括：-55℃～150℃；
所述预设温度步长，包括：N/10，其中，N≥1。
所述温度范围根据用户需要进行划定，也可以根据经验值进行划定。
所述预设温度步长根据用户需要进行设定，也可以根据历史经验值进行设定，例如，可以预设为0.1，0.2，0.3......。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过获取预存的温度补偿列表并检测当前环境温度，从所述温度补偿列表中查找出当前环境温度所对应的标度因数，并将查找出的标定因素，作为当前环境温度下所述光纤陀螺补偿后的标度因数，由于温度补偿列表中可以存储不同温度值下的标度因数，解决了现有技术中因为通过多项式拟合的方法，无法达到更宽的温度范围，导致标度因数补偿精度不足的问题，用户体验度好、满意度高。
实施例二
根据一示例性实施例示出的一种光纤陀螺的输出角速率计算方法，包括：
实施例一所述的光纤陀螺的标度因数温度补偿方法。
在具体实践中，所述方法，还包括：
根据相移Δφ与输出角速率Ω之间对应关系式公式(1)计算光纤陀螺的输出角速率Ω，具体为：
Figure BDA0003401198910000061
式中：
λ——光源的平均波长，为1550nm；
c——真空中的光速，为3×108m/s；
L——光纤长度；
D——光纤传感环圈的平均直径。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过获取预存的温度补偿列表并检测当前环境温度，从所述温度补偿列表中查找出当前环境温度所对应的标度因数，并将查找出的标定因素，作为当前环境温度下所述光纤陀螺补偿后的标度因数，由于温度补偿列表中可以存储不同温度值下的标度因数，解决了现有技术中因为通过多项式拟合的方法，无法达到更宽的温度范围，导致标度因数补偿精度不足的问题，用户体验度好、满意度高。
实施例三
图2是根据一示例性实施例示出的一种光纤陀螺的标度因数温度补偿系统100，如图2所示，该系统100，包括：
获取模块101，用于获取预存的温度补偿列表，所述温度补偿列表中存储有不同温度下光纤陀螺仪的标度因数；
检测模块102，用于检测当前环境温度；
查找模块103，用于从所述温度补偿列表中查找出当前环境温度所对应的标度因数，并将查找出的标定因素，作为当前环境温度下所述光纤陀螺补偿后的标度因数。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过获取预存的温度补偿列表并检测当前环境温度，从所述温度补偿列表中查找出当前环境温度所对应的标度因数，并将查找出的标定因素，作为当前环境温度下所述光纤陀螺补偿后的标度因数，由于温度补偿列表中可以存储不同温度值下的标度因数，解决了现有技术中因为通过多项式拟合的方法，无法达到更宽的温度范围，导致标度因数补偿精度不足的问题，用户体验度好、满意度高。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种光纤陀螺的标度因数温度补偿方法，其特征在于，包括：
获取预存的温度补偿列表，所述温度补偿列表中存储有不同温度下光纤陀螺仪的标度因数；
检测当前环境温度；
从所述温度补偿列表中查找出当前环境温度所对应的标度因数，并将查找出的标定因数 ，作为当前环境温度下所述光纤陀螺补偿后的标度因数；
测量不同温度点下，光纤陀螺的光纤长度和光纤环圈的平均直径；
根据所述光纤长度和平均直径，计算不同温度点下，所述光纤陀螺的标度因数；
将所有温度点及每个温度点下的标度因数对应存储在温度补偿列表中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述光纤陀螺的光纤按照对称方式绕制，光纤与光纤之间的空隙填充胶粘剂，对这种复合材料构成的光纤环，根据光纤和胶粘剂的模量、膨胀系数参数，测量不同温度点下，光纤环圈的平均直径。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
划定一温度范围；
按预设温度步长，提取所述温度范围内的多个温度点；
所述测量不同温度点下，光纤陀螺的光纤长度和光纤环圈的平均直径，具体为：
测量预设温度范围内不同温度点下，光纤陀螺的光纤长度和光纤环圈的平均直径。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述温度范围，包括：-55℃～150℃；
所述预设温度步长，包括：N/10,其中，N≥1。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，
所述温度补偿列表预存在所述光纤陀螺的控制芯片的内部寄存器中。
6.一种光纤陀螺的输出角速率计算方法，其特征在于，包括：
权利要求1～5任一项所述的光纤陀螺的标度因数温度补偿方法。
7.根据权利要求6 所述的方法，其特征在于，还包括：
根据相移Δφ与输出角速率Ω之间对应关系式公式(1)计算光纤陀螺的输出角速率Ω，具体为：
Figure FDA0003855861730000021
式中：
λ——光源的平均波长，为1550nm；
c——真空中的光速，为3×108m/s；
L——光纤长度；
D——光纤传感环圈的平均直径。
8.一种光纤陀螺的标度因数温度补偿系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取预存的温度补偿列表，所述温度补偿列表中存储有不同温度下光纤陀螺仪的标度因数；还用于测量不同温度点下，光纤陀螺的光纤长度和光纤环圈的平均直径；根据所述光纤长度和平均直径，计算不同温度点下，所述光纤陀螺的标度因数；将所有温度点及每个温度点下的标度因数对应存储在温度补偿列表中；
检测模块，用于检测当前环境温度；
查找模块，用于从所述温度补偿列表中查找出当前环境温度所对应的标度因数，并将查找出的标定因数 ，作为当前环境温度下所述光纤陀螺补偿后的标度因数。
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