Способ компенсации влияния медленного меандра на показания лазерного гироскопа

Изобретение относится к приборостроению и измерительной технике. Сущность изобретения заключается в том, что способ компенсации влияния медленного меандра на показания лазерного гироскопа содержит этапы, на которых предварительно проводят климатические испытания лазерного гироскопа и определяют коэффициенты полинома n-й степени зависимости коэффициента А(Т)Мода01 от температуры на определенной моде, определяют текущее значение амплитуды медленного меандра ММ=A(T)Mода01⋅Sтек, где Sтек - текущее значение амплитуды частотной подставки, которую измеряют на каждом такте работы трехосного лазерного гироскопа, определяют показатели токового дрейфа Tdsqx,y,z и магнитного дрейфа Mdsqx,y,z и определяют значения угла поворота за такт работы лазерного гироскопа в радианах

где Kqx,y,z - масштабный коэффициент лазерного гироскопа, Rasn - выходная характеристика лазерного гироскопа. Технический результат – повышение точности компенсации ошибок в результатах измерений. 5 ил.

 

Изобретение относится к приборостроению и измерительной технике и может быть использовано для повышения точности показаний лазерного гироскопа (ЛГ) в условиях возможных возникновений динамических зон захвата и температурных изменений амплитуды периодической низкочастотной подставки.

Возникновение динамических зон захвата в ЛГ с периодической частотной подставкой было впервые описано в работе [Курятов В.Н., Ланда П.С., Ларионцев Е.Г. Частотные характеристики кольцевого лазера на колеблющейся подставке // Изв. Вузов, Сер. Радиофизика. 1968. Т.П. С. 1839].

Известен способ повышения точности показаний измерительных осей датчиков угловых перемещений в лазерном гироскопе путем введения существенно более низкочастотной периодической частотной подставку, так называемый «медленный меандр», что позволяет, в частности, по данным климатических испытаний лазерного гироскопа на множестве значений температур учитывать и влияние температурных воздействий.

Для повышения точности измерений используется также способ «ошумления», согласно которому вместо сигнала медленного меандра вводится десинхронизирующий шумовой сигнал [Ю.Д. Голяев, Г.И. Телегин, К.А. Толстенко, С.О. Яременко. Случайная ошибка кольцевого лазера со знакопеременной частотной подставкой и шумовым десинхронизирующим сигналом. Лазерная техника и оптоэлектроника. 1990, 4 (56), с. 17-23].

Недостатком этого способа является относительно низкая точность измерений, вызванная тем, что из-за несинхронность шумовой составляющей сигнала относительно сигнала частотной подставки, на каждом реверсе моды и на последнем такте работы ЛГ возникает ошибка, влияющая на результирующий накопленный угол.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ, согласно которому при проведении измерений и обработке их результатов производят компенсацию влияния медленного меандра путем его вычитания в виде константы, постоянной на всем протяжении работы ЛГ [Ю.Ю. Колбас, М.Е. Грушин, В.Н. Горшков. Немагнитная составляющая смещения нуля зеемановского лазерного гироскопа. Квантовая электроника. 2018, 48 (3), 283-289].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность компенсации, вызванная тем, что при его использовании невозможно учесть температурные изменения амплитуды сигнала медленного меандра и нетемпературные изменения амплитуды подставки, например, при выбеге датчика сразу после запуска лазерного гироскопа.

Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего повысить точность компенсации в результатах измерений ошибок, вызванных температурными изменениями амплитуды сигнала медленного меандра и нетемпературными изменениями амплитуды подставки, например, при выбеге датчика сразу после запуска лазерного гироскопа.

Требуемый технический результат заключается в повышении точности компенсации ошибок в результатах измерений путем учета температурных изменений амплитуды сигнала медленного меандра и нетемпературных изменений амплитуды подставки, например, при выбеге показаний лазерного гироскопа сразу после запуска гироскопа.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в способе компенсации влияния медленного меандра на показания измерительных осей датчиков угловых перемещений в трехосном лазерном гироскопе, заключающемся в том, что, проводят компенсацию влияния медленного меандра на показания лазерного гироскопа, согласно изобретению, по данным климатических испытаний лазерного гироскопа на множестве значений температур определяют коэффициент АМода01 на каждой моде:

где: ММсрМода01 - среднее значение медленного меандра на температуре Т на определенной моде, ScрTMода01 - среднее значение частотной подставки на температуре Т на определенной моде, затем, по данным, полученным для диапазона температур в процессе климатических испытаний, определяют коэффициенты полинома n-ой степени зависимости коэффициента А(Т)0Mода01 от температуры на определенной моде

А(Т)Мода010Мода011Мода01⋅Т+А2Мода01⋅Т2+…+АnМода01⋅Тn,

на каждом такте работы лазерного гироскопа определяют текущее значение амплитуды медленного меандра ММ=А(Т)Мода01⋅Sтек, где Sтек - текущее значение амплитуды частотной подставки, которую измеряют на каждом такте работы лазерного гироскопа, определяют показатели токового дрейфа Tdsqx,y,z и магнитного дрейфа Mdsqx,y,z после чего определяют значения угла поворота за такт работы лазерного гироскопа в радианах

Ωx,y,z=Kqx,y,z⋅(Rasn+MM)-(Tdsqx,y,z+Mdsqx,y,z),

где Kqx,y,z - масштабный коэффициент лазерного гироскопа, Rasn - выходная характеристика лазерного гироскопа.

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - сигнал периодической частотной подставки;

на фиг. 2 - сигнал периодической частотной подставки с медленным меандром;

на фиг. 3 - один период частотной подставки;

на фиг. 4 - накопленный угол (работа ЛГ с большим выбегом при использовании способа компенсации медленного меандра - путем вычитания константы);

на фиг. 5 - накопленный угол (работа ЛГ с большим выбегом при использовании предложенного способа).

Способ компенсации влияния медленного меандра на показания лазерного гироскопа реализуется следующим образом.

Так как частота съема данных лазерного гироскопа гораздо выше частоты медленного меандра, в вычислителе ЛГ необходимо вычитать (компенсировать) амплитуду медленного меандра из полученных показаний датчиков угловых перемещений осей показаний.

В аналогах предложенного способа для этого применялась константа амплитуды медленного меандра, которую вычитали на каждом такте работы ЛГ. Однако, при этом невозможно учесть текущие температурные изменения амплитуды сигнала медленного меандра и нетемпературные изменения амплитуды подставки, например, при выбеге датчика сразу после запуска гироскопа.

Предложенный способ решает эту проблему, учитывая истинное изменение частотной подставки.

Для реализации предложенного способа необходимо знать истинное значение частотной подставки на каждом такте съема показаний лазерного гироскопа. Для его получения вычислитель лазерного гироскопа использует данные вращения за каждый полупериод переключения частотной подставки.

На фиг. 3 представлен один период частотной подставки, где обозначены:

FCW1 - показания лазерного гироскопа при вращении по часовой стрелке на первом полупериоде частотной подставки;

FCCW1 - показания лазерного гироскопа при вращении против часовой стрелки на первом полупериоде частотной подставки;

FCW2 - показания лазерного гироскопа при вращении по часовой стрелке на втором полу периоде частотной подставки;

FCCW2 - показания лазерного гироскопа при вращении против часовой стрелки на втором полупериоде частотной подставки.

Истинное значение амплитуды частотной подставки определяют из соотношения:

S=(Fcw1-Fccw1)-(Fcw2-Fccw2)

Зная истинное, независимое от вращения, значение амплитуды частотной подставки на каждом такте, представляется возможным учесть изменение амплитуды частотной подставки при коррекции амплитуды медленного меандра.

Для этого, по данным климатических испытаний лазерного гироскопа на множестве значений температур определяют коэффициент АМода01 на каждой моде:

где:

ММсрМода01 - среднее значение медленного меандра на температуре Т на определенной моде;

SсрTMода01 - среднее значение частотной подставки на температуре Т на определенной моде.

Затем, по данным, полученным на всех температурах в процессе климатических испытаний, находят коэффициенты полинома n-ой степени зависимости коэффициента А(Т)Мода01 от температуры на определенной моде:

A(Т)мода01=A0Мода01+A1Мода01⋅Т+А2Мода01⋅Т2+…+АnМода01⋅Тn

Полученные коэффициенты вносят во внутреннюю долговременную память вычислителя лазерного гироскопа и используют для коррекции значения амплитуды медленного меандра.

На каждом такте работы лазерного гироскопа рассчитывается текущее значение амплитуды медленного меандра ММ по формуле:

MM=A(T)Мода01⋅Sтек,

где:

А(Т)Мода01 - коэффициент температурной зависимости амплитуды медленного меандра от амплитуды частотной подставки (из-за низкой относительно частоты съема данных скорости изменения температуры рассчитывать данный коэффициент на каждом такте работы программы нецелесообразно, расчет производят один раз в несколько секунд);

Sтек - текущее значение амплитуды частотной подставки, которую рассчитывают на каждом такте работы трехосного лазерного гироскопа (для увеличения точности на данное значение целесообразно накладывать бегущий фильтр с окном в несколько секунд).

Далее, полученное значение ММ применяют для расчета значение угла поворота за такт работы датчика угловых перемещений в радианах по формуле:

Ωx,y,z=Kqx,y,z⋅(Rasn+MM)-(Tdsqx,y,z+ Mdsqx,y,z)

где:

Kqx,y,z - масштабный коэффициент датчика угловых перемещений;

ММ - значение амплитуды медленного меандра с учетом знака фазы медленного меандра;

Rasn - выходная характеристика датчика угловых перемещений;

Tdsqx,y,z - токовый дрейф;

Mdsqx,y,z - магнитный дрейф.

Таким образом, в предложенном способе достигается требуемый технический результат, который заключается в повышении точности компенсации ошибок в результатах измерений путем учета температурных изменений амплитуды сигнала медленного меандра и нетемпературных изменений амплитуды подставки, например, при выбеге датчика сразу после запуска гироскопа. Это обеспечивается тем, что, в предложенном способе реализуется возможность учесть текущее изменение амплитуды частотной подставки при расчете амплитуды медленного меандра, что позволяет точнее рассчитывать амплитуду медленного меандра при выбеге датчиков угловых перемещений, наблюдающимся в течение нескольких минут после включения трехосного лазерного гироскопа.

Наилучший результат предложенный способ дает для датчиков с большим начальным выбегом амплитуды частотной подставки. Изменение амплитуды частотной подставки и, соответственно, меандра в первые 10 минут работы в таких датчиках могут превышать 2%. В способе-прототипе такие изменения скорректировать невозможно, так как константа, записанная в память вычислителя ЛГ задана как среднее значение медленного меандра и, соответственно, с ее помощью компенсировать выбег невозможно.

На фиг. 4 представлен график накопленного угла за 50 секунд работы лазерного гироскопа при компенсации медленного меандра константой. При амплитуде медленного меандра в 1.5 импульса, частоте переключения медленного меандра 0.5 Гц и частоте съема данных 1 кГц при остаточном медленном меандре в 38 импульсов (см. фиг. 4) ошибка компенсации медленного меандра составляет:

На фиг. 5 представлен график накопленного угла за 50 секунд работы лазерного гироскопа в тех же климатических условиях при компенсации медленного меандра предложенным способом. При амплитуде медленного меандра в 1.5 импульса, частоте переключения медленного меандра 0.5 Гц и частоте съема данных 1 кГц при остаточном медленном меандре в 7 импульсов (см. фиг. 5) ошибка компенсации медленного меандра составляет:

Таким образом, предложенный метод позволяет уменьшить разброс показаний лазерного гироскопа более, чем в 5 раз, тем самым повысив его точность.

Способ компенсации влияния медленного меандра на показания лазерного гироскопа, заключающийся в том, что компенсируют влияния медленного меандра на показания лазерного гироскопа, отличающийся тем, что предварительно проводят климатические испытания лазерного гироскопа на множестве значений температур и определяют коэффициент АМода01 на каждой моде:

где ММсрМода01 - среднее значение медленного меандра на температуре Т на определенной моде, SсрTМода01 - среднее значение частотной подставки на температуре Т на определенной моде, затем по данным, полученным для диапазона температур в процессе климатических испытаний, определяют коэффициенты полинома n-й степени зависимости коэффициента А(Т)Мода01 от температуры на определенной моде

А(Т)Мода010Мода011Мода01⋅Т+А2Мода01⋅Т2+…+АnМода01⋅Тn,

на каждом такте работы лазерного гироскопа определяют текущее значение амплитуды медленного меандра ММ= А(Т)Мода01⋅Sтек, где Sтек - текущее значение амплитуды частотной подставки, которую измеряют на каждом такте работы лазерного гироскопа, определяют показатели токового дрейфа Тdsqx,y,z и магнитного дрейфа Мdsqx,v,z и определяют значения угла поворота за такт работы датчика угловых перемещений в радианах

Ωx,у,z=Kqx,у,z⋅(Rasn + ММ) - (Tdsqx,y,z + Mdsqx,y,z),

где Kqx,у,z - масштабный коэффициент лазерного гироскопа, Rasn - выходная характеристика лазерного гироскопа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к испытательному оборудованию, и предназначено для аттестации и верификации преобразователей инерциальной информации (ДУС, акселерометров, гироскопических устройств различного назначения), систем навигации (платформенных, бесплатформенных и др.), стабилизации и ориентации, в методах контроля которых предусмотрены последовательные или одновременные развороты за заданное время по двум осям на углы не превышающие ±360°.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим имитаторам дальности, используемым для проверки работы лазерного дальномера. Устройство имитации дальности для проверки лазерного дальномера содержит по крайней мере один оптический элемент с вогнутой рабочей поверхностью, обращенный вогнутостью к лазерному дальномеру.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для определения ошибок ориентации измерительных осей гироскопов и маятниковых акселерометров в БИНС после температурных, вибрационных или ударных воздействий, а также в процессе эксплуатации.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение для размещения и проведения испытаний систем спутниковой навигации, устанавливаемых на шасси наземных транспортных средств.

Использование: для изготовления роторов сверхпроводящих криогенных гироскопов. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления сферического ротора криогенного гироскопа включает формирование сферической подложки, нанесение на подложку сверхпроводящего ниобиевого покрытия электрохимическим осаждением из расплава галогенидов щелочных металлов и соли ниобия с использованием растворимого анода и вращающегося катода и механическое полирование поверхности сверхпроводящего покрытия, при этом в качестве материала подложки ротора используют углеситалл, перед нанесением сверхпроводящего покрытия на сферической подложке выполняют кольцевой срез по ее экватору, электрохимическое осаждение сверхпроводящего покрытия ведут при катодной плотности тока 100-300 А/м2, температуре 700-850°С и скорости вращения катода 30-40 об/мин, а после механического полирования поверхности сверхпроводящего покрытия на него наносят оксидную пленку ниобия.

Изобретение относится к гироскопической технике и может быть использовано для регулирования и испытаний роторных вибрационных гироскопов. Способ включает определение резонансной скорости вращения роторного вибрационного гироскопа путем изменения частоты его вращения по линейному закону и контроля амплитуды колебаний ротора по сигналу датчика угла гироскопа.

Изобретение относится к калибровке датчиков в скважине. Техническим результатом является устранение ограничений при калибровке температурного дрейфа и других погрешностей датчика каротажных приборов.

Настоящее изобретение относится к той проблеме, что обычный алгоритм начального выравнивания не подходит для устройств инерциальной навигации с низкой стоимостью и низкой производительностью в области сельскохозяйственных машин и технологических машин.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в системах выявления неисправностей и отказов бортовых измерителей параметров движения (например, ДИСС, баровысотомер, радиовысотомер и др.) и спутникового навигационного оборудования движущихся объектов.

Настоящее изобретение относится к области устройств измерения пространственного положения, в частности к способу прецизионной калибровки систем измерения пространственного положения.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных гироблоков. Достигаемый технический результат - повышение точности (достоверности) определения составляющей погрешности гироблока, обусловленной резонансом его конструкции. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения погрешности двухстепенного гироблока, заключающемся в установке гироблока на неподвижном основании, выставке его продольной оси в вертикальное положение, измерительной оси в положение, перпендикулярное плоскости меридиана, включении в режим обратной связи по моменту, путем замыкания цепи датчик угла усилитель-преобразователь датчик момента, включении питания гиромотора, разгоне его ротора до скорости вращения на 10-30% выше номинальной, выключении питания гиромотора, непрерывном измерении тока в обмотке датчика момента и скорости вращения ротора гиромотора на его выбеге, после остановки ротора дополнительно разворачивают гироблок вокруг продольной оси на угол α, определяемый из соотношения: где Но - кинетический момент ротора гиромотора в момент выключения питания гиромотора;Io - значение тока в обмотке датчика момента гироблока, измеренное в момент выключения питания гиромотора;ωГ - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли;К - коэффициент передачи гироблока по току в обмотке датчика момента,а затем при такой ориентации производят дополнительный запуск гиромотора и измерение тока в обмотке датчика момента гироблока и скорости вращения ротора гиромотора непрерывно на его выбеге со скорости вращения, равной скорости вращения в предыдущем запуске.

Изобретение относится к приборостроению и измерительной технике. Сущность изобретения заключается в том, что способ компенсации влияния медленного меандра на показания лазерного гироскопа содержит этапы, на которых предварительно проводят климатические испытания лазерного гироскопа и определяют коэффициенты полинома n-й степени зависимости коэффициента АМода01 от температуры на определенной моде, определяют текущее значение амплитуды медленного меандра ММAMода01⋅Sтек, где Sтек - текущее значение амплитуды частотной подставки, которую измеряют на каждом такте работы трехосного лазерного гироскопа, определяют показатели токового дрейфа Tdsqx,y,z и магнитного дрейфа Mdsqx,y,z и определяют значения угла поворота за такт работы лазерного гироскопа в радианах где Kqx,y,z - масштабный коэффициент лазерного гироскопа, Rasn - выходная характеристика лазерного гироскопа. Технический результат – повышение точности компенсации ошибок в результатах измерений. 5 ил.

Наверх