本发明专利技术属于高精度测角技术，涉及一种基于空间四频差动激光陀螺的测角装置及其安装与标定方法。所述测角装置包括空间四频差动激光陀螺及其控制电路、高速控制及采集电路、计算机，其中，激光陀螺通过过渡板设置在待测转轴上，同时激光陀螺通过其控制电路连接超高速采样电路，超高速采样电路连接计算机。本发明专利技术对投影到陀螺敏感轴上的角速度分量进行积分得到相应的转角信息，然后对该陀螺的刻度系数及惯性空间角速率在陀螺敏感轴上的分量进行标定，最后通过测量陀螺在待测转轴的转动过程中所输出的脉冲数计算出待测转轴所转过的角度。本发明专利技术安装简单，与被测转轴交联少，刻度系数可高度细分，测角精度高，动态范围大，对被测载体无反力矩作用，温度系数小，不影响被测载体的结构或组成，具有较佳的实际应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高精度动态测角技术，涉及一种基于空间四频差动激光陀螺的测角装 置及其安装与标定方法。
技术介绍
角度测量是几何量计量技术的重要组成部分，目前工业上主要存在以下几类测角 方法：机械测角方法、电磁测角方法、光学测角方法以及光电测角方法。现有的高精度测角 方法基本上都是基于光学方法或自准直仪将角度信息转换为长度信息，这些方法都要求与 被测对象之间有极高精度的安装关系，且大多都需要预先安装，不易使用。 空间四频差动激光陀螺是一种高精度、全固态的惯性角速度传感器，它能够敏感 投影到其敏感轴上的角速度分量，对该分量进行积分即可得到相应的转角信息。基于空间 四频差动激光陀螺的测角装置与待测转轴之间的安装关系相对简单，便于使用，线性度好， 能够达到0. 1角秒的测角精度，是一种具有广阔应用前景的测角技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出了标度因数线性度和重复性好、测角精度高，基于空间四频 差动激光陀螺的测角装置。 另外，本专利技术还提供一种基于该高精度测角装置的安装与标定方法。 本专利技术的技术方案是：一种基于空间四频差动激光陀螺的高精度测角装置，其包 括空间四频差动激光陀螺及其控制电路、高速控制及采集电路、计算机，其中，所述空间四 频差动激光陀螺通过过渡板设置在待测转轴上，同时空间四频差动激光陀螺通过其控制电 路连接超高速采样电路，超高速采样电路连接计算机进行信号处理，所述空间四频差动激 光陀螺的控制电路包括信号解调模块、引燃高压控制模块、光强放大模块、频率误差提取模 块、对称放电控制模块、高精度稳频控制模块，其中，信号解调模块连接激光陀螺拍频信号 输出镜与高速控制及采集电路之间，引燃高压模块连接激光陀螺阴极与高速控制及采集电 路，光强放大模块和稳频误差提取模块并联设置在激光陀螺稳频信号输出镜与高速控制及 采集电路之间，对称放电控制模块连接激光陀螺两个阳极与高速控制及采集电路，空间四 频激光陀螺的PZT稳频组件经高精度稳频控制模块连接高速控制及采集电路。 所述对称放电控制模块包括采样电阻Rs I，MOS稳压管Q2，运算放大器0P2，采样电 阻Rs2,运算放大器0P1，M0S稳压管Q1，采样电阻Rs3,其中，空间四频激光陀螺左侧阳极一 路经串联的两个采样电阻Rsl、Rs2后经MOS稳压管Q2连接到空间四频激光陀螺右侧阳极， 另一路直接连接到运算放大器0P2的负极，运算放大器0P2正极连接在采样电阻Rs2上，运 算放大器0P2的输出连接到MOS稳压管Q2上，MOS稳压管Ql的漏极连接在两个采样电阻 Rsl、Rs2之间，MOS稳压管Ql的栅极连接运算放大器OPl的输入，运算放大器OPl的正极接 地，且运算放大器OPl负极和MOS稳压管Ql的源极连接采样电阻Rs3。 运算放大器0P2的输出与负极之间设置有电容。 运算放大器OPl的输出与负极之间设置反馈电阻。 安装底面的表面不平整度要求优于104,空间四频差动激光陀螺的敏感轴与安装 底面之间的夹角小于2角分。 引出线均采用〇. 12mm2的绕包线，电源采用线性电源，且信号线采用对称式信号 形式。 -种基于测角装置的安装标定方法，其将空间四频差动激光陀螺安装在待测转轴 上，对投影到空间四频差动激光陀螺敏感轴上的角速度分量进行积分得到相应的转角信 息，然后对该陀螺的刻度系数及惯性空间角速率在陀螺敏感轴上的分量进行标定，最后通 过测量陀螺在待测转轴的转动过程中所输出的脉冲数，即可计算出待测转轴所转过的角 度。 所述的测角装置的安装标定方法，其包括如下步骤： 步骤1 :将陀螺安装到待测转轴上 将测角装置安装到过渡板上，并最终固定安装到待测转轴上，陀螺的敏感轴与待 测转轴中心轴线之间的夹角不能超过5角分； 步骤2 :完成测角装置敏感轴与待测转轴之间夹角的标定 使用柔性电缆将测角装置与测角计算机及供电电源相连接，并启动测角装置，将 转轴分别固定在N个确定的角位置并将其锁定，在每个角位置处采集IOOs的陀螺零偏并计 算出其均值，根据这样的N个数据所组成的数据序列以及当地的纬度，计算出测角装置的 敏感轴与待测转轴之间的夹角，如果该值超过5角分，则需要对安装过程进行检查，或者对 测角装置进行检查； 步骤3 :完成测角装置刻度系数的标定 启动测角装置，使待测转轴逆时针转动N个整周，并得到测角装置输出的累加和 记为Sum1 ;同样，记录待测转轴顺时针转动N个整周过程中测角装置的累加和Sum2，并计算 得到测角装置的刻度系数，重复测量3次，取其均值作为测角装置刻度系数的测量值； 步骤4 :完成角度测量 启动测角装置，并开始记录测角装置的输出数据，对某一时间段而言，假 定这段时间内的测角装置输出计数累加和为Sum，即可计算出待测转轴所转过的角度。 在步骤1紧固过程中，要采用力矩螺刀完成螺钉的紧固，紧固顺序采用十字交叉 方式顺次完成。 通过测量待测转轴不同角位置处测角装置的稳态输出均值，可标定出测角装置的 敏感轴与待测转轴中心线间的夹角，通过同时稳定两个放电臂的放电电流之和及电流之 差，从而实现空间四频差动激光陀螺两臂放电电流的高度对称。 本专利技术的优点是：本专利技术所涉及的高精度动态测角装置采用刻度系数能够高度细 分的空间四频差动激光陀螺。该空间四频差动激光陀螺是一种高精度、全固态的惯性角速 度传感器，它能够敏感投影到其敏感轴上的角速度分量，对该分量进行积分即可得到相应 的转角信息。 空间四频差动激光陀螺用于测角具有下列优势：真正意义上的全固态激光陀 螺，无机械抖动部件，不会给被测载体带来反力矩作用；标度因数线性度和重复性均优于 lppm，且温度系数极低，环境适应性好；可利用分辨率增强技术实现脉冲细分，角度分辨率 最高可达到0. 0003易用性好，与被测载体交联少，无需提前安装，不影响被测载体的结 构或组成。【附图说明】 图1为本专利技术基于空间四频差动激光陀螺的测角装置的结构框图； 图2为本专利技术所涉及的空间四频差动激光陀螺控制电路的原理框图； 图3为本专利技术空间四频差动激光陀螺的对称放电稳定控制的原理示意图； 图4为本专利技术中由于不理想的机械安装所决定的测角装置敏感轴与转轴方向之 间的夹角； 其中，1是空间四频差动激光陀螺，2是空间四频差动激光陀螺与待测转轴之间的 过渡板，3是待测转轴，4是空间四频差动激光陀螺控制及采集电路，5是计算机。6是空间 四频差动激光陀螺谐振腔，7是陀螺的阴极，8是陀螺的两个阳极，9是陀螺的拍频信号输出 镜，10是陀螺的稳频信号输出镜，11是陀螺的PZT稳频组件，12是PtlOO钼电阻温度传感 器，13是FPGA高速控制电路，14是计算机，15是陀螺左侧阳极，16是陀螺右侧阳极，17是采 样电阻Rsl，18是MOS稳压管Q2,19是电容，20是运算放大器0P2, 21是采样电阻Rs2, 22是 运算放大器OPl，23是MOS稳压管Ql，24是采样电阻Rs3, 25是反馈电阻。26是待测转轴3 的轴线方向，27是空间四频差动激光陀螺1的敏感轴方向。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步的说明： 请参阅图1，本专利技术基于空间四频差动激光陀螺的测角装置包括空当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于空间四频差动激光陀螺的高精度测角装置，其特征在于，包括空间四频差动激光陀螺及其控制电路、高速控制及采集电路、计算机，其中，所述空间四频差动激光陀螺通过过渡板设置在待测转轴上，同时空间四频差动激光陀螺通过其控制电路连接超高速采样电路，超高速采样电路连接计算机进行信号处理，所述空间四频差动激光陀螺的控制电路包括信号解调模块、引燃高压控制模块、光强放大模块、频率误差提取模块、对称放电控制模块、高精度稳频控制模块，其中，信号解调模块连接激光陀螺拍频信号输出镜与高速控制及采集电路之间，引燃高压模块连接激光陀螺阴极与高速控制及采集电路，光强放大模块和稳频误差提取模块并联设置在激光陀螺稳频信号输出镜与高速控制及采集电路之间，对称放电控制模块连接激光陀螺两个阳极与高速控制及采集电路，空间四频激光陀螺的PZT稳频组件经高精度稳频控制模块连接高速控制及采集电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：傅鑫，王京献，陈林峰，
申请(专利权)人：中国航空工业第六一八研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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