專利名稱：一種線振動臺三維扭轉角速率的測量方法
技術領域：
本發明屬于自動化測試技術領域，具體涉及一種線振動臺三維扭轉角速率的測量方法。
背景技術：
慣性導航系統實際工作中存在很大的振動環境，慣性導航系統必須適應高量級的振動和高量級的持續加速度。線振動臺可以模擬慣性元器件工作過程中所承受的振動環境條件，用于在慣性器件進入裝備之前的試驗篩選。理想的線振動臺應該只有線振動，而沒有角振動，但實際的線振動臺受產品安裝重心變化、臺體材料剛性、臺體加工工藝、線振動臺控制器性能的限制，不可避免存在三維扭轉。這種三維扭轉限制了線振動臺的線振動性能。 慣性測量單元中包含陀螺和加表，當慣性測量單元放置于扭轉角速率比較大的線振動臺臺面上進行線振動性能測試時，陀螺敏感到扭轉角速率的大小，和線振動引起的陀螺漂移相互疊加、混淆，不能確定陀螺線振動性能是否滿足要求。因此，在使用線振動臺對慣性測量組合進行環境實驗及篩選之前，必須對線振動臺進行標定，使其除線振動之外的扭轉角速率盡可能小。當前標定線振動臺的常用的方法是采用雙頻激光干涉儀，測量線振動臺在振動時臺子在各個方向上的扭轉位移，再根據一定的公式換算成扭轉的角度。但是這種方法要保證測量的可靠性，光路需要精確地對準，對反射鏡的安裝要求很高。這些因素制約了該方法不能準確可靠測量線振動臺的三維扭轉角速率。這種方法最主要的缺點是傳感器直接測量的是角度，再根據角度與頻率的關系，計算扭轉角速率的大小，不能直接得到角速率。還有一個缺點是不能同時測量三維的扭轉角速率。光纖陀螺是測量角速率的最好傳感器，利用Sagnac效應，直接測量載體相對于慣性空間的角速率。由于其帶寬很高(可達IMHz)，很高的精度(0.001° /h)，且不需要外部參考物，能實現對振動臺扭轉的自主測量。通常，光纖慣性測量單元包括三只獨立的陀螺和三只獨立的加速度計，通過光學系統復用技術和集成化技術將三只獨立的光纖陀螺集成為一只三軸光纖陀螺，是光纖陀螺集成化和小型化技術的發展的新方向。浙江大學經過多年的深入研究，在光纖陀螺三軸集成化研究方面具有深刻認識。線振動臺研制單位根據浙江大學的要求研發出了一臺線振動臺，浙江大學研制的三軸集成光纖陀螺在該振動臺上進行 6g，10-3kHz的掃頻振動時，振動對陀螺基本沒有影響，即振動時三軸光纖陀螺的輸出和靜止時基本一樣。使用該三軸光纖陀螺在另外一個普通線振動臺上測試時，可以測出線振動臺振動過程中扭轉角速率非常大，達到50° /s的量級。發明一種快速直接可靠的測量方法對振動臺三維扭轉性能進行實時評估，對指導線振動臺研制單位的產品研制具有非常重要意義。將一只三軸光纖陀螺安裝到線振動臺臺面上，保持三個敏感軸分別與三維扭轉軸平行，可以同時測量對應的三個正交方向上的扭轉角速率，從而快速評估線振動臺的性能，填補了同時快速測量振動臺三維扭轉角速率的空白，對于航空航天的發展意義重大。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種線振動臺三維扭轉角速率的測量方法。該方法可以直接測量線振動臺振動過程中三個正交方向上的扭轉角速率，該測量方法通過將一只三軸光纖陀螺，安裝到線振動臺臺面上，實現對線振動臺臺面三個正交方向上扭轉角速率的同時測量，本發明測量方法實施步驟如下
步驟(I).將一只三軸光纖陀螺固定在線振動臺臺面上，其中三軸光纖陀螺的第一敏感軸與線振動臺臺面振動方向平行，第二敏感軸與線振動臺面垂直，第三敏感軸與線振動臺的振動方向垂直且平行于線振動臺的臺面；
步驟(2).啟動線振動臺振動源，控制線振動臺臺面以要求的振動方式開始振動，測量三軸光纖陀螺的輸出，T時間后，線振動臺臺面停止振動，得到線振動臺三個正交方向上的扭轉角速率ω 、ω2、ω3 ;
步驟(3).若三軸光纖陀螺的三個敏感方向與測量線振動臺的三個正交方向不重合， 通過坐標換算得到與線振動臺臺面振動方向平行、與線振動臺面垂直、與線振動臺的振動方向垂直且平行于線振動臺臺面的三個正交方向的扭轉角速率；
所述的時間T大于I秒鐘；
所述的線振動臺的振動方式和振動時間中，振動方式包括振動頻率和振動量級，可根據線振動臺的測量要求選擇；
所述的步驟(2)中，三軸光纖陀螺的三個敏感方向相互正交。本發明方法有益效果
本發明提供可以同時測量得到線振動臺三維扭轉角速率的方法，比傳統的線振動臺扭轉角速率測量方法，精度更高、帶寬更大、操作更快速，測量結果更可靠。使用本發明方法進行振動臺扭轉性能的評估，對指導線振動臺研制單位具有非常重要意義。本發明方法填補了同時測量振動臺三維扭轉角速率的空白，對于航空航天的發展意義重大。


圖I為本發明中測量線振動臺在三個正交方向上的扭轉角速率測量方法示意圖； 圖中1.三軸光纖陀螺；2.線振動臺基座；3.線振動臺臺面；4.隔振地基；5.線振
動臺振動源。
具體實施例方式下面結合附圖所示對本發明內容作進一步說明。如圖I所示，是測量線振動臺在三個正交方向上的扭轉角速率的方法示意圖，將一只三軸光纖陀螺I通過工裝安裝到線振動臺臺面3上，三軸光纖陀螺I同時測量線振動臺的三維扭轉角速率，其中三軸光纖陀螺I的一個敏感軸Y’與線振動臺臺面3的振動方向 Y平行，另一個敏感軸X’與線振動臺面3垂直，即與X方向平行，第三個敏感軸Z’垂直于線振動臺的振動方向Y且平行于線振動臺臺面3，即與Z方向平行，振動臺基座2位于線振動臺臺面3的正下方，振動臺基座2放置于隔振地基4上，隔振地基4起到隔離外部環境振動的作用。具體測量步驟如下
步驟(I).如圖I所示，將三軸光纖陀螺I通過工裝固定在線振動臺臺面3上，三軸光纖陀螺I的一個敏感軸Y’與線振動臺臺面3振動方向Y平行，還有一個敏感軸X’與線振動臺面3垂直，第三個敏感軸V垂直于線振動臺的振動方向Y且平行于線振動臺的臺面3 ； 步驟(2).啟動線振動臺振動源5，控制線振動臺臺面3以要求的振動方式開始振動， 測量三軸光纖陀螺I的輸出，T時間后，線振動臺臺面3停止振動，得到線振動臺分別沿X、 Y、Z三維正交方向上的扭轉角速率ω 、ω2、ω3 ;
步驟(3).若三軸光纖陀螺的三個敏感方向與測量線振動臺的三個正交方向不重合， 通過坐標換算得到與線振動臺臺面振動方向平行、與線振動臺面垂直、與線振動臺的振動方向垂直且平行于線振動臺臺面的三個正交方向的扭轉角速率；
所述的時間T大于I秒鐘；
所述的線振動臺的振動方式和振動時間中，振動方式包括振動頻率和振動量級，可根據線振動臺的測量要求選擇。所述的步驟(I)中，三軸光纖陀螺I的三個敏感方向Χ’、Υ’、Ζ’相互正交。
權利要求
1.一種線振動臺三維扭轉角速率的測量方法，其特征在于如下步驟步驟(I).將一只三軸光纖陀螺固定在線振動臺臺面上，其中三軸光纖陀螺的第一敏感軸與線振動臺臺面振動方向平行，第二敏感軸與線振動臺面垂直，第三敏感軸與線振動臺的振動方向垂直且平行于線振動臺的臺面；步驟(2).啟動線振動臺振動源，控制線振動臺臺面以要求的振動方式開始振動，測量三軸光纖陀螺的輸出，T時間后，線振動臺臺面停止振動，得到線振動臺三個正交方向上的扭轉角速率ω 、ω2、ω3 ;所述的時間T大于I秒鐘；所述的線振動臺的振動方式和振動時間中，振動方式包括振動頻率和振動量級，可根據線振動臺的測量要求選擇；所述的步驟(2)中，三軸光纖陀螺的三個敏感方向相互正交。
2.根據權利要求I所述的一種線振動臺三維扭轉角速率的測量方法，其特征在于若三軸光纖陀螺的三個敏感方向與測量線振動臺的三個正交方向不重合，通過坐標換算得到與線振動臺臺面振動方向平行、與線振動臺面垂直、與線振動臺的振動方向垂直且平行于線振動臺臺面的三個正交方向的扭轉角速率。
全文摘要
本發明公開了一種線振動臺三維扭轉角速率的測量方法。現有測量方法是通過測量角度來測量角速率的，且不能同時測量線振動臺的三維扭轉角速率，其精度和可靠性不能保證，本發明方法使用一只三軸集成光纖陀螺同時測量線振動臺在不同線振動頻率下三個正交方向上的附加扭轉角速率。將一只三軸集成光纖陀螺安裝到線振動臺臺面上，保持三個敏感軸分別與三維扭轉軸平行，同時測量對應的三個正交方向上的扭轉角速率，以此評估線振動臺的性能。本發明方法對指導線振動臺研制單位具有非常重要意義，填補了同時測量振動臺三維扭轉角速率的空白，對于航空航天的發展意義重大。
文檔編號G01C25/00GK102590550SQ201210007439
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者劉承, 史金罡, 張登偉, 舒曉武, 趙宇翔, 車雙良 申請人:浙江大學