利用光纖陀螺減小旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀測量誤差的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀領(lǐng)域，尤其是一種利用光纖陀螺補(bǔ)償光柵角編碼器偏心誤差以減小旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的測量誤差的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]重力梯度是重力信息測量中的重要部分。但是其信號非常微弱，極易受到運(yùn)動(dòng)噪聲干擾，旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀對旋轉(zhuǎn)控制誤差十分敏感，提高重力梯度敏感器旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)剛度和安裝精度是保證旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀測量精度的重要措施。旋轉(zhuǎn)控制誤差在很大程度上受到角位置測量傳感器精度的制約，其中光柵角編碼器的安裝誤差是不可忽視的因素。盡管可以采用光學(xué)測量方法對安裝誤差進(jìn)行測量，并通過補(bǔ)償來減小這一誤差，但這種方法的測試系統(tǒng)復(fù)雜，光學(xué)對準(zhǔn)操作繁瑣，且觀測角度范圍受到結(jié)構(gòu)形式和多面棱鏡的限制，只能提取少數(shù)幾個(gè)特征角度，補(bǔ)償精度和補(bǔ)償可靠性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種可以測量光柵角編碼器安裝誤差并補(bǔ)償?shù)姆椒?。這種方法能夠全角度測量和補(bǔ)償光柵角編碼器的安裝誤差，從而減小光柵角編碼器安裝誤差對旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀測量精度的影響。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種利用光纖陀螺減小旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀測量誤差的方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0006]⑴.將光纖陀螺安裝在旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的單軸旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸上，保證光纖陀螺的敏感軸與旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀中的光柵角編碼器的轉(zhuǎn)軸軸線平行；
[0007](2).旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀工作時(shí)，外部旋轉(zhuǎn)控制器輸出模擬信號控制直流力矩電機(jī)旋轉(zhuǎn)定位，位置信號通過光柵角編碼器測量反饋給外部旋轉(zhuǎn)控制器，光纖陀螺與旋轉(zhuǎn)臺體固聯(lián)，測量旋轉(zhuǎn)臺體的旋轉(zhuǎn)速率，檢測光柵角編碼器輸出角位置的均勻性；光纖陀螺測量出光柵角編碼器的誤差曲線與正弦曲線趨勢相一致，說明光柵角編碼器的誤差主要為安裝偏心誤差；
[0008]⑶.將光纖陀螺所測得的角速率數(shù)據(jù)積分并補(bǔ)償光柵角編碼器的安裝偏心導(dǎo)致的角位置誤差，進(jìn)而降低對梯度測量精度的不利影響。
[0009]而且，所述的旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀由加速度計(jì)、單軸旋轉(zhuǎn)裝置和旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)構(gòu)成，在單軸旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸上安裝導(dǎo)電環(huán)、光柵角編碼器、直流力矩電機(jī)和旋轉(zhuǎn)臺體，四個(gè)加速度計(jì)等距離安裝在旋轉(zhuǎn)臺體上，加速度計(jì)的敏感軸與圓周相切，成對加速度計(jì)反向安置，兩對加速度計(jì)垂直安裝，光柵角編碼器、直流力矩電機(jī)和外部旋轉(zhuǎn)控制器構(gòu)成旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)。
[0010]而且，所述的光纖陀螺精度優(yōu)于0.01° /h，比例因子穩(wěn)定性優(yōu)于lOppm。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0012]1、本方法是一種將光纖陀螺作為校正光柵角編碼器的測量元件的方法，光纖陀螺是一種成熟的、精密的慣性測量元件，利用它進(jìn)行安裝誤差檢測，具有低速檢測分辨率高、性能穩(wěn)定、輸出連續(xù)數(shù)字信號、對安裝無嚴(yán)格要求的特點(diǎn)，故可以將光纖陀螺作為一種角度測量元件對光柵角編碼器進(jìn)行修正補(bǔ)償，利用光纖陀螺測量轉(zhuǎn)動(dòng)角速率經(jīng)積分處理與同步比對即可得光柵角編碼器的角位置誤差。
[0013]2、本方法將光纖陀螺固定于單軸旋轉(zhuǎn)裝置上，使得其敏感軸與光柵角編碼器的轉(zhuǎn)軸軸線平行安裝，保證光纖陀螺可以敏感到光柵角編碼器所響應(yīng)的角運(yùn)動(dòng)，通過對其測量信息處理即可補(bǔ)償光柵角編碼器的安裝誤差，進(jìn)而降低對梯度測量精度的不利影響。
[0014]3、本發(fā)明是一種設(shè)計(jì)科學(xué)、操作簡單、測量角度廣泛的利用光纖陀螺補(bǔ)償光柵角編碼器偏心誤差以減小旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的測量誤差的方法，使用本方法克服了傳統(tǒng)光學(xué)測量方法的缺陷，減少了光電子準(zhǔn)直儀和多面棱鏡的安裝、調(diào)整的繁復(fù)過程，減小了對高精度光電自準(zhǔn)直儀的依賴，能夠降低測量難度、提高測量效率、提高補(bǔ)償精度和補(bǔ)償可靠性。
【附圖說明】
[0015]圖1是旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)施例；需要說明的是，本實(shí)施例是敘述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]為了清楚說明本方法，首先，先對旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單描述。如圖1所示，旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀由加速度計(jì)2、單軸旋轉(zhuǎn)裝置和旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)構(gòu)成，在單軸旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸7上安裝導(dǎo)電環(huán)1、光柵角編碼器4、直流力矩電機(jī)6和旋轉(zhuǎn)臺體3，四個(gè)加速度計(jì)等距離安裝在旋轉(zhuǎn)臺體上，加速度計(jì)的敏感軸與圓周相切，成對加速度計(jì)反向安置，兩對加速度計(jì)垂直安裝，光柵角編碼器、直流力矩電機(jī)和外部旋轉(zhuǎn)控制器構(gòu)成旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)。
[0018]—種利用光纖陀螺減小旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的測量誤差的方法，包括以下步驟:
[0019]⑴.將光纖陀螺5安裝在旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的單軸旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸上，保證光纖陀螺敏感軸與旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的光柵角編碼器轉(zhuǎn)軸軸線平行安裝；
[0020]⑵.旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀工作時(shí)，外部旋轉(zhuǎn)控制器輸出模擬信號控制直流力矩電機(jī)旋轉(zhuǎn)定位，位置信號通過光柵角編碼器測量反饋給外部旋轉(zhuǎn)控制器，光纖陀螺與旋轉(zhuǎn)臺體固聯(lián)，測量旋轉(zhuǎn)臺體的旋轉(zhuǎn)速率，檢測光柵角編碼器輸出角位置的均勻性；光纖陀螺測量出光柵角編碼器的誤差曲線與正弦曲線趨勢相一致，說明光柵角編碼器的誤差主要為安裝偏心誤差；
[0021]⑶.將光纖陀螺所測得的角速率數(shù)據(jù)積分并補(bǔ)償光柵角編碼器的安裝偏心導(dǎo)致的角位置誤差，進(jìn)而降低對梯度測量精度的不利影響。
[0022]步驟⑴--⑶中所述的光纖陀螺精度優(yōu)于0.01° /h，比例因子穩(wěn)定性優(yōu)于lOppm。
[0023]光纖陀螺測量得到的是旋轉(zhuǎn)臺體相對于慣性空間的轉(zhuǎn)動(dòng)角速率，其投影分量為旋轉(zhuǎn)臺體角速率、地球自轉(zhuǎn)角速率和陀螺自身誤差之和，當(dāng)?shù)氐厍蜃赞D(zhuǎn)角速率是固定且已知的，遠(yuǎn)小于旋轉(zhuǎn)臺體的角速率90° /S，且陀螺自身漂移誤差小于0.01° /h，可以忽略其影響。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用光纖陀螺減小旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀測量誤差的方法，其特征在于:包括以下步驟: (I).將光纖陀螺安裝在旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的單軸旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸上，保證光纖陀螺的敏感軸與旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀中的光柵角編碼器的轉(zhuǎn)軸軸線平行； ⑵.旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀工作時(shí)，外部旋轉(zhuǎn)控制器輸出模擬信號控制直流力矩電機(jī)旋轉(zhuǎn)定位，位置信號通過光柵角編碼器測量反饋給外部旋轉(zhuǎn)控制器，光纖陀螺與旋轉(zhuǎn)臺體固聯(lián)，測量旋轉(zhuǎn)臺體的旋轉(zhuǎn)速率，檢測光柵角編碼器輸出角位置的均勻性；光纖陀螺測量出光柵角編碼器的誤差曲線與正弦曲線趨勢相一致，說明光柵角編碼器的誤差主要為安裝偏心誤差； ⑶.將光纖陀螺所測得的角速率數(shù)據(jù)積分并補(bǔ)償光柵角編碼器的安裝偏心導(dǎo)致的角位置誤差，進(jìn)而降低對梯度測量精度的不利影響。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用光纖陀螺減小旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的測量誤差的方法，其特征在于:所述的旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀由加速度計(jì)、單軸旋轉(zhuǎn)裝置和旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)構(gòu)成，在單軸旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸上安裝導(dǎo)電環(huán)、光柵角編碼器、直流力矩電機(jī)和旋轉(zhuǎn)臺體，四個(gè)加速度計(jì)等距離安裝在旋轉(zhuǎn)臺體上，加速度計(jì)的敏感軸與圓周相切，成對加速度計(jì)反向安置，兩對加速度計(jì)垂直安裝，光柵角編碼器、直流力矩電機(jī)和外部旋轉(zhuǎn)控制器構(gòu)成旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用光纖陀螺減小旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的測量誤差的方法，其特征在于:所述的光纖陀螺精度優(yōu)于0.01° /h,比例因子穩(wěn)定性優(yōu)于lOppm。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用光纖陀螺減小旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀測量誤差的方法，包括以下步驟：⑴.將光纖陀螺安裝在旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的單軸旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸上；⑵.旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀工作時(shí)，檢測光柵角編碼器輸出角位置的均勻性；光纖陀螺的輸出類似正弦曲線，說明光柵角編碼器的誤差主要為偏心誤差；⑶.將光纖陀螺所測得的數(shù)據(jù)積分處理并補(bǔ)償光柵角編碼器的偏心誤差，進(jìn)而降低對梯度測量精度的不利影響。本發(fā)明是一種設(shè)計(jì)科學(xué)、操作簡單、測量角度廣泛的利用光纖陀螺補(bǔ)償光柵角編碼器偏心誤差以減小旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀的測量誤差的方法，使用本方法克服了傳統(tǒng)光學(xué)測量方法的缺陷，能夠降低測量難度、提高測量效率、提高補(bǔ)償精度。
【IPC分類】G01V7/02
【公開號】CN105044795
【申請?zhí)枴緾N201510287321
【發(fā)明人】楊曄, 劉昱, 張宇, 馬林, 潘軍
【申請人】中國船舶重工集團(tuán)公司第七0七研究所
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年5月29日