[发明专利]一种在应用现场标定光纤陀螺标度因数的装置及方法

说明书

本发明公开了一种在应用现场标定光纤陀螺标度因数的装置及方法。标定装置包括装置底座、光纤陀螺、主控板、基于PSD的小角度测量模块，用于安装基于PSD的小角度测量模块的安装面。利用本发明中的标定装置及标定方法，实现了在应用现场标定装置中光纤陀螺的标度因数的功能，保证了光纤陀螺标度因数在不同应用现场的准确性。本发明不但克服了当前为了保证标度因数在应用现场的准确性而采取的各类标度因数误差补偿方式存在的普适性差、效果不佳等问题，而且装置集成度高，便于携带，能很方便地应用于各类实际工程中的动态角度的测量工作，在计量领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种在应用现场实现光纤陀螺标度因数标定的装置及方法。

背景技术

角度计量是几何量计量的重要组成部分，并直接关系到机械制造、航空航天、国防建设等领域的发展。目前从测量原理上分类，常用的角度测量原理可以分为机械式角度测量法、电磁式角度测量法和光学式角度测量法。其中，光学式角度测量方法由于其精度高得到了广泛应用。最常用的光学式角度测量方法主要有：光栅角度测量法、激光干涉角度测量法、激光光斑位置探测法等。光栅角度测量法的角度测量范围大，精度高，但一般结构复杂，体积较大，且动态性能不佳。激光干涉角度测量法仅能在小角度测量范围内实现高精度测量，因此已被多国用作小角度基准。光斑位置探测法原理简单，动态响应能力高，但也一般只能在小角度范围内进行高精度角度测量。因此，目前在国家的角度量值传递体系中，大部分角度测量方法仅适合静态角度测量，缺少一种同时具备高精度、大动态、宽测量范围的动态角度测量方法。

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的新型全固态角速度传感器，它具有启动速度快，动态范围大，实时性好，精度高，集成度高，能实现360°范围内任意角度测量的特点，这些特点使其在高精度动态角度测量上具有明显的优势，因此，光纤陀螺有望被作为一种新的动态角度标准装置纳入角度量值传递体系实现角度的量值传递与溯源。然而，在利用光纤陀螺作为动态角度标准装置应用于实际工程中时，光纤陀螺的标度因数受到安装误差，外界环境温度等因素的影响，从而导致实际工程中的光纤陀螺标度因数与预先标定的标度因数存在差异，会直接影响着光纤陀螺的测量精度。目前，研究人员一般通过数据后处理，光纤陀螺的安装误差补偿，光纤陀螺标度因数的温度补偿等方法来减小误差，但由于实际应用中的实验条件复杂多变，这些方法在实际应用中效果不佳，均无法实现普及和推广。

发明内容

针对上述问题，本发明结合激光光斑位置探测法原理简单，小角度范围内精度高的优点，提供了一种在应用现场标定光纤陀螺标度因数的装置及方法。

一种在应用现场标定光纤陀螺标度因数的装置，从低到高，依次包括装置底座、光纤陀螺、主控板、安装面、基于PSD的小角度测量模块；光纤陀螺安装在装置底座的正中心，基于PSD的小角度测量模块安装在安装面上方的正中心，主控板安装在安装面下方的正中心；所述的基于PSD的小角度测量模块包括激光器、凹透镜、分光棱镜、光学准直系统、平面反射镜、PSD及其信号处理板；激光器、凹透镜、分光棱镜、光学准直系统、平面反射镜沿着光轴方向从左往右顺次安装，凹透镜的焦点与光学准直系统的焦点重合，PSD及其信号处理板安装在光学准直系统的等效焦点位置上，激光器发出的光依次经过凹透镜、分光棱镜、光学准直系统后经平面反射镜反射，最后被光学准直系统和分光棱镜聚焦在PSD及其信号处理板的PSD探测器上，PSD及其信号处理板输出包含激光光点在PSD上的位置信息的电压信号。

所述的装置，PSD及其信号处理板、光纤陀螺、带特定数据接收功能的计算机分别与主控板相连，PSD及其信号处理板输出的包含激光光点在PSD上的位置信息的电压信号和光纤陀螺的输出数字量同步被主控板采集，主控板再将数据通过WIFI或RS422通讯接口发送给带特定数据接收功能的计算机。

一种采用所述的装置在应用现场标定光纤陀螺标度因数的方法，包括：