[論文]光纖陀螺輸入軸失準(zhǔn)角溫度補(bǔ)償研究 [復(fù)制鏈接]

摘要: 提高溫度特性是光纖陀螺儀工程化的一個(gè)難題, 溫度補(bǔ)償是解決該問題的一種有效方法。光纖陀螺與溫度相關(guān)誤差項(xiàng)主要為零漂和標(biāo)度因數(shù), 輸入軸失準(zhǔn)角也是影響光纖陀螺應(yīng)用的一個(gè)重要誤差項(xiàng)。在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 分析了光纖陀螺輸入軸失準(zhǔn)角誤差產(chǎn)生機(jī)理, 采用多項(xiàng)式擬合方法建立了輸入軸失準(zhǔn)角誤差全溫模型, 對(duì)多套光纖陀螺進(jìn)行了全溫補(bǔ)償。試驗(yàn)結(jié)果表明, 輸入軸失準(zhǔn)角補(bǔ)償前全溫變化在rad數(shù)量級(jí), 補(bǔ)償后全溫變化小于精度提高了近一個(gè)數(shù)量級(jí), 大大提高了光纖陀螺儀的全溫性能。 onmpMU7w  
關(guān)鍵詞: ; 光纖陀螺儀; 輸入軸失準(zhǔn)角; 溫度補(bǔ)償 4Y'Ne2M{  
中圖分類號(hào): V241. 5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 1000- 8829( 2010) 10- 0006- 03 &~;M16XM,e  
Temperature Compensation Research on InputAxisMisalignment of FOG _N:$|O#  
JI Sh i..tao1, QIN Yong..yuan1,LAN Yan2, L IU Zh i..rong2 v6G1y[Wl  
( 1.Schoo l o f Autom ation Contro,l Northw este rn Po lytechn icalUn iversity, X i! an 710072, <st1:country-region w:st="on">China; ^>%.l'1/(  
( 2.Institute No. 16 o f Ch ina Ae rospace Sc ience and Technology Corpo ration,Xi! an 710100, <st1:country-region w:st="on">China) @-K[@e/uwy  
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Abstract: Improv ing thetemperature performance is a difficult prob lem in fiber..opt ic gyro(FOG ) engineering.Temperature compensation is an effectivemethod for so lv ing the prob lem. The errors of FOG involved w ith tem..perature are zero b ias and sca le factor.Input ax ism isa lignm ent is ano ther important errorw ith temperature. On the basis o fmany experiments, theme chanismis ana lyzed, the input ax ism isa lignmen t! s fu ll sca le temperature errormode l is established by using polynomial fitting method. The fu ll scale temperature compensat ions for some FOGs are carried out. The experim entresult show s that input ax ism isa lignmen t can be improved from a.. [f\Jcjc  
bout 2 10- 3 rad to less than 3 10- 4 rad.The prec ision can be improved about a quantitatively leve.l The fu ll..scale temperature performance o fFOG is improved. 9:g A0Z  
Key words: inertia dev ice; fiber..opticgyro; input ax is m isa lignmen;t temperature compensation

y2?9pVLa\y  
與傳統(tǒng)機(jī)械式慣性儀表不同, 光纖陀螺儀為一種全固態(tài)慣性儀表, 內(nèi)部無機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件, 其主要特點(diǎn)是體積小、重量輕、啟動(dòng)快、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、抗振動(dòng)和沖擊能力強(qiáng)等, 因此, 光纖陀螺儀被認(rèn)為是一種極具發(fā)展前途的慣性儀表。國內(nèi)光纖陀螺儀的研制已進(jìn)入了工程化應(yīng)用階段, 很多軍用和民用的領(lǐng)域正在嘗試使用光纖陀螺儀代替?zhèn)鹘y(tǒng)的慣性儀表。 Op9 ^Eu%n  
光纖陀螺儀在實(shí)際使用過程中, 根據(jù)應(yīng)用的領(lǐng)域不同需要測試與補(bǔ)償?shù)恼`差項(xiàng)也不盡相同, 但是, 大多數(shù)領(lǐng) aj|PyX3P:  
域中需要研究的誤差項(xiàng)為陀螺零偏誤差和標(biāo)度因數(shù)誤差。在光纖陀螺儀的應(yīng)用中, 筆者發(fā)現(xiàn)光纖陀螺儀輸入軸失 *szs"mQ/  
準(zhǔn)角誤差(簡稱: 失準(zhǔn)角誤差)也是一個(gè)不可忽略的誤差項(xiàng), 特別是光纖陀螺儀要求具有較寬的工作溫度范圍( - 40~ + 60 .)時(shí), 陀螺失準(zhǔn)角誤差是一個(gè)必須要考慮的誤差項(xiàng)。構(gòu)成光纖陀螺儀的主要器件, 比如SLD光源、耦合器、集成光學(xué)器件、光纖線圈等, 對(duì)溫度比較敏感, 當(dāng)工作環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí), 光纖陀螺零偏和標(biāo)度因數(shù)變化, 光纖陀螺失準(zhǔn)角也發(fā)生偏移。在很多情況下, 失準(zhǔn)角偏移導(dǎo)致的誤差要大于標(biāo)度因數(shù)誤差對(duì)系統(tǒng)精度的影響, 并最終導(dǎo)致光纖陀螺儀無法滿足全溫范圍的要求。在現(xiàn)有的元器件質(zhì)量和工藝條件下, 嘗試進(jìn)行失準(zhǔn)角誤差測試與全溫補(bǔ)償具有非常現(xiàn)實(shí)的意義, 光纖陀螺全溫度范圍

誤差補(bǔ)償可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng), 成本低且效果好, 這也是光纖陀螺走向?qū)嵱没�的必要環(huán)節(jié)[ 1- 2]。 5CcX'*P  
1.光纖環(huán)誤差分析 z8S]FpM6  
導(dǎo)致光纖陀螺儀溫度誤差的原因很多, 光纖環(huán)本身的溫度特性是其中重要一項(xiàng)。分析光纖陀螺的溫度特性首先要考慮光纖環(huán)的特性。目前國內(nèi)光纖環(huán)的制造中常用的技術(shù)為: 光纖骨架采用硬鋁加工, 光纖環(huán)繞制采用四級(jí)對(duì)稱繞制, 光纖環(huán)的固化采用光固化膠或者熱固化膠。 `EMG
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光纖環(huán)受溫度影響會(huì)產(chǎn)生非互易相移, 沿光纖線圈長度為L 上距離端點(diǎn)A 為z 處的一段光纖產(chǎn)生的非互易相移為（1）從式 （1） Jia@HrLR  
中可知, 環(huán)境溫度變化引起的相移與溫度變化率dT ( z, t ) /dt和位置的權(quán)因子( L - 2z ) 成正比, 距離光纖環(huán)中點(diǎn)越遠(yuǎn), 權(quán)因子越大。最重要的是,相對(duì)于光纖中點(diǎn)的兩段光纖上熱擾動(dòng)所引起的非互易相移可以抵消, 這也是普遍采用四級(jí)對(duì)稱繞制的原因。 )S4ga  
但是, 光纖環(huán)在實(shí)際制造過程中存在很多問題, 比如: r6Vw!^]8u8  
①光纖環(huán)在繞制過程中應(yīng)力不均勻, 特別是與骨架接觸的最內(nèi)層光纖,骨架的熱膨脹系數(shù)與光纖的熱膨脹系數(shù)不匹配;. bp?TO]LH  
②光纖環(huán)在繞制過程中沒有嚴(yán)格關(guān)于中點(diǎn)對(duì)稱,或者是光纖長度計(jì)量不準(zhǔn)確; c-NUD$  
③光纖骨架加工存在缺陷, 硬鋁材料的應(yīng)力釋放不均勻; q Sv!5&u  
④光纖固化膠在繞制過程中涂抹不均勻等。 i83Jy w,f  
以上諸多因素可以導(dǎo)致光纖環(huán)在使用過程中溫度特性變差, 難以達(dá)到理論分析的精度。 PCgr`
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2. 輸入軸失準(zhǔn)角誤差分析 (>u1O V  
輸入軸失準(zhǔn)角#m (inpu t ax is m isalignment)定義為光纖陀螺安裝面垂直軸IRA ( input reference ax is)與輸入軸IA 之間的夾角。光纖陀螺儀輸入軸IA表示垂直于光纖環(huán)圈等效平面的軸, 當(dāng)陀螺儀繞IA 軸旋轉(zhuǎn)時(shí)將引起最大輸出量。光纖陀螺儀失準(zhǔn)角如圖1所示。 Rvf{u8W  
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圖1.. 光纖陀螺失準(zhǔn)角示意圖