专利名称：利用光纤陀螺测量转台台面与转台旋转轴角度偏差的方法
技术领域：
本发明涉及利用光纤陀螺测量转台台面与转台旋转轴角度偏差，属于光纤陀螺应用领域。
背景技术：
目前的转台调平技术，针对的是转台台面与转台所在水平面之间的水平度调整。主要以光学手段测量转台台面与转台所在水平面之间的水平度，通过调整转台基座的调高机构改变整个转台的倾角，最终使得转台台面与所在水平面平行。但是转台在使用过程中，由于所加负载的不均匀性和负载安装的不对称性，台面各处承受不同的压力，长期积累会导致转台台面的微小倾斜，此外，由于使用过程中的长期 磨损，也会导致转台台面的不平整，造成转台台面一定的倾斜，即台面垂线与转台旋转轴之 间不再平行，形成一定的角度偏差e，此角度误差一般很小，小于1°。当使用传统的转台调平技术对存在此缺陷的转台进行进行水平度修正后，转台台面与水平面平行，但是台面垂线与转台旋转轴之间的角度偏差e仍然存在，无法修正。光纤陀螺是一种新型的角速度测量仪，具有很高的测量精度和较大的量程。当一台光纤陀螺仪安装在某一速率转台上，敏感轴朝天向，即光纤陀螺的敏感轴与转台台面垂直，此时光纤陀螺仪敏感到的角速度《是地球自转角速度投影量和转台转动速率在其敏感轴上的投影量之和W = O 地投+ O 转 cos 0 (I)对于有缺陷的转台，e不为零，光纤陀螺敏感角速度与理论输入存在偏差，这会对光纤陀螺的测试，特别是标定因数的测试带来误差。因此需要对转台台面垂线和转台旋转轴之间的角度偏差进行测量。而目前尚无对此角度偏差进行精确测量的方法。压电陶瓷(PZT)作为可控制高分辨率的微位移器件已经在光学测量、精密工程、天文主动光学以及光纤对焊等方面有广泛用途，其位移分辨率可达nm级。若将底面边缘装有一长条形的高位移分辨率PZT，对应边装有等高垫块的测试部件放置于某一台面上，PZT和垫块均与与台面的X轴重合，垫块用弹性螺钉与台面固定。弹性螺钉是在普通螺钉的基础上，添加了一个具有一定厚度的橡胶垫圈，橡胶垫圈受外力作用时，产生相应形变，这样既能保证螺钉竖直方向上的固定，同时当受力变化时，也能产生相应的位移变化。逐步提高PZT的供电电压，则PZT的形变抬升了测试部件，使得测试部件在Y轴向上的倾角产生了变化，按下式计算倾角大小
权利要求
1.一种利用光纤陀螺测量转台台面与转台旋转轴角度偏差的方法，其特征在于该方法的步骤如下 (1)将安装有光纤陀螺的测试部件按预定安装方式装在转台台面上； (2)按预定采集方式采集光纤陀螺转动一周的输出数据，并按照预定策略调整测试参数，采集光纤陀螺对应输出序列，由此求解X轴向角度偏差0 x ； (3)重复步骤(2),求解Y轴向角度偏差0Y,由此计算转台台面与转台旋转轴之间的角度偏差。
2.根据权利要求I所述的一种利用光纤陀螺测量转台台面与转台旋转轴角度偏差的方法，其特征在于所述测试部件包括光纤陀螺和直角工装，光纤陀螺安装在直角工装内侧面，直角工装底面两边缘分别放置有正交布置的压电陶瓷，直角工装底面另外两边缘各设有与压电陶瓷等高的垫块，当两块压电陶瓷的电压均为OV时，光纤陀螺的敏感轴与两块压电陶瓷和两块垫块形成的平面平行。
3.根据权利要求I所述的一种利用光纤陀螺测量转台台面与转台旋转轴角度偏差的方法，其特征在于按步骤(I)所述的预定安装方式，第一块压电陶瓷和第一块垫块与转台台面X轴重合，第二块压电陶瓷和第二块垫块与转台台面Y轴重合，两块垫块与转台之间用弹性螺钉固定；当两块压电陶瓷的电压均为OV时，光纤陀螺敏感轴与转台旋转轴形成夹角90° -0，0为所需测量的转台台面垂线与转台旋转轴之间的角度偏差，此时转台转速COff在光纤陀螺敏感轴上的投影量为《胃 sin 0。
4.根据权利要求I所述的一种利用光纤陀螺测量转台台面与转台旋转轴角度偏差的方法，其特征在于按步骤(2)所述预定采集方式采集光纤陀螺转动一周的输出数据，设X轴向的压电陶瓷电压为Vx，Y轴向的压电陶瓷电压为VY，转台以转速启动，计算机采集光纤陀螺从转台O。角度位置开始转动一周的输出数据《，所述输出数据《与有关。
5.根据权利要求I所述的一种利用光纤陀螺测量转台台面与转台旋转轴角度偏差的方法，其特征在于按照预定策略调整测试参数，采集光纤陀螺对应输出序列，求解X轴向角度偏差Q X的步骤如下 (5. 1)X轴向上的压电陶瓷和垫块均不与台面固定，并设X轴向的压电陶瓷电压Vx=OV,Y轴向上的压电陶瓷用粘合剂与台面固定，Y轴向上的垫块用弹性螺钉与台面固定，设Y轴向上的压电陶瓷电压VY=0V，设转台转速±1° /s，分别采集光纤陀螺从转台0°角度位置开始转动一周的输出数据出记为《(1，0，0)和《 (_1，0，0)，对转台转速-1° /s时的光纤陀螺输出序列《 (-1，0，0)求逆序数列《 ’(-1，0, 0)，按照下式计算地球自转在光纤陀螺敏感轴上的分量w地
6.根据权利要求I所述的一种利用光纤陀螺测量转台台面与转台旋转轴角度偏差的方法，其特征在于按照预定策略调整测试参数，采集光纤陀螺对应输出序列，求解Y轴向角度偏差Q Y的步骤如下 (6. I) X轴向上的压电陶瓷用粘合剂与台面固定，X轴向上的垫块用弹性螺钉与台面固定，并设X轴向的压电陶瓷电压Vx=0V，Y轴向上的压电陶瓷和垫块均不与台面固定，设Y轴向上的压电陶瓷电压VY=0V，设转台转速±1° /s，分别采集光纤陀螺从转台0°角度位置开始转动一周的输出数据出记为《(1，0，0)和《 (_1，0，0)，对转台转速-1° /s时的光纤陀螺输出序列《 (-1，0，0)求逆序数列《 ’(-1，0, 0)，按照下式计算地球自转在光纤陀螺敏感轴上的分量w地W 地=[ (1,0,0) + ' (-1,0,0)]^2 (6. 2)设定转台转速300 ° /s，设定X轴向的压电陶瓷电压Vx=± 1000V，保持Y轴向的压电陶瓷电压VY=0V，分别采集光纤陀螺从转台0°角度位置开始转动一周的输出，记为 wY(300, 1000,0)和 oY(300，-1000,0)，比较 oY(300, 1000，0)-o 地和 wY(300，-1000，0)-w 地的大小，若《Y(300, 1000，0)-w 地 <oY(300,-1000，0)-w地，则X轴向的压电陶瓷所加电压序列应为正电压序列；若coy(300，1000, 0)-Co地
7.根据权利要求I所述的一种利用光纤陀螺测量转台台面与转台旋转轴角度偏差的方法，其特征在于计算转台台面与转台旋转轴角度偏差的方法如下，由所得到的X轴向角度偏差ex，Y轴向角度偏差eY，按下式计算转台台面垂线与转台旋转轴之间的偏差角的绝对值I e I为.6 = tan-1 (Jtan2 Ox + tan2 Oy) 方向由0)(，0Y确定。
全文摘要
本发明公开了一种利用光纤陀螺测量转台台面与转台旋转轴角度偏差的方法。主要步骤是将测试部件安装于转台台面，利用压电陶瓷(PZT)调节光纤陀螺敏感轴与转台旋转轴之间的角度。转台以小于光纤陀螺最大输入角速度的转速转动。当PZT加载电压序列时，采集光纤陀螺对应输出，拟合数据得出转台台面与转台旋转轴之间的角度偏差，为转台台面角度偏差的修正和转台测试的误差分析提供了理论依据。利用现有精度为0.1°/h，最大输入角速度为300°/s的光纤陀螺，角度偏差的测量精度可达。该方法实现了对转台台面与转台旋转轴之间的角度偏差的测量，具有理论精度高，相对传统光学测试手段操作简单可靠，可在线测试等优点。
文档编号G01P9/00GK102749477SQ20121023966
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者赵辛, 陈杏藩, 高晓文 申请人:浙江大学