[发明专利]一种高精度动态测角装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于高精度动态测角技术，涉及一种高精度的动态测角装置及方法。

背景技术

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、光学测角方法和光电测角方法。机械测量方法以多齿分度台为代表，其结构简单、成本低，但通常存在设备体积大、不能实时动态测量的缺点；电磁测角方法以感应同步器为代表，其运行速度快、稳定可靠，但存在与被测系统耦合度高、装配精度要求高的缺点；光学测角方法以激光干涉测角仪为代表，其具有高精度、非接触的优点，但同时存在光路复杂、测角范围小的缺点；光电测角方法以光学码盘式传感器测角和图像传感器测角为代表，二者都有广泛的应用，但前者存在测角分辨率受限的缺点，后者则存在环境适应性差、现场调试复杂的缺点。

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：

(1)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；

(2)刻度系数线性度和重复性均优于1ppm，且温度系数极低，环境适应性好；

(3)可利用分辨率增强技术实现刻度系数高度细分，角分辨率最高可达到0.0003″；

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于空间四频差动激光陀螺，测量精度高、动态范围大、角分辨率高的动态测角装置。

另外，本发明还提供一种高精度动态测角方法。

本发明的技术方案是：一种高精度动态测角装置，其包括空间四频差动激光陀螺，柔性电缆，陀螺控制/解调电路，圆感应同步器，感应同步器解调电路，角增量信号处理电路，连接总线及测角计算机，其中，所述空间四频差动激光陀螺经由过渡板安装在待测转轴上，其输出直接正比于投影到其敏感轴上的惯性空间角速度分量，空间四频差动激光陀螺、柔性电缆及陀螺控制/解调电路连接到角增量信号处理电路上，所述圆感应同步器环绕设置在待测转轴上，圆感应同步器经感应同步器解调电路连接到角增量信号处理电路上，所述角增量信号处理电路利用感应同步器解调电路的粗精度角位置输出对陀螺控制/解调电路的惯性空间角速率分量进行修正，得到转轴的转动角速率，并对该角速率进行积分，从而得到转轴当前的精确角位置，并发送到测角计算机。

所述过渡板采用不锈钢加工而成，表面不平整度要求优于10^-4。

所述连接总线为422总线。

一种高精度动态测角方法，其利用测量空间四频激光陀螺敏感轴上的惯性空间角速率投影分量，并根据圆感应同步器的角位置输出利用插值法来精确地得到当前位置下陀螺敏感轴上的惯性空间角速率分量，并在陀螺输出中将当前的惯性空间角速率分量减去，从而大幅提高测角精度。

所述的高精度动态测角方法，其包括如下步骤：

步骤1：陀螺刻度系数标定

将陀螺固定到待测转轴的端面上，启动陀螺，预热时间不小于10分钟，扫描并设定好陀螺的工作参数后，并开始采数，发送启动扫描镜转轴转动命令，转轴以确定的角速度逆时针转动n圈并停止，陀螺停止采数，测角软件自动计算累计的脉冲数；在同样的陀螺工作参数下，转轴以相同的角速度顺时针转动n圈并停止，陀螺停止采数，测角软件计算累计的脉冲数；并根据确定的公式计算出测角传感器的刻度系数ki；

步骤2：陀螺惯性空间角速率投影分量标定

设定好与步骤1相同的陀螺工作参数，陀螺开始采数T秒，并计算该T秒内陀螺输出量的均值，即为惯性空间角速率在陀螺敏感轴上的投影；将转台整圆周以10度间隔等分为36个角位置，测量出其中每个角位置处的惯性空间角速率投影分量，从而得到陀螺敏感轴上的惯性空间角速率投影分量随转轴角位置的对应关系；

步骤3：完成动态角度测量

待测转轴开始转动，圆感应同步器通过TTL信号与动态测角装置同步，陀螺控制/解调电路对陀螺输出进行脉冲计数，乘以步骤1中所标定得到的刻度系数ki，即得到陀螺相对于惯性空间的转动角速度，再利用插值法减去步骤2中得到的惯性空间角速率在陀螺敏感轴上的投影量，并对时间进行累计求和，就能够得到待测转轴所转过的角度。该测角仪的角度增量数据更新率可做到10kHz。