[发明专利]基于光纤陀螺仪的角位移测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术，尤其涉及一种基于光纤陀螺仪的角位移测量装置及方法。

背景技术

角位移是指一个旋转装置绕其旋转轴转动过的角度。在工业生产的许多场合，需要对旋转装置的角位移进行精确测量。目前，较为常见的方法有经纬仪法和编码器测量法等。

经纬仪法需要一个置于旋转装置以外的直角棱镜作为基准，再将一个直角棱镜置于旋转装置之上，在转动之前，使用经纬仪标定出两个棱镜法线之间的夹角θ₁，在转动之后，使用经纬仪标定出两个棱镜法线之间的夹角θ₂，则θ₂-θ₁就是旋转装置转动过的角度，即角位移。这种测试方法受测试场地的局限性较大，需要保证经纬仪的光路畅通，在旋转角度较大时还需要多个外部基准。

编码器测量是将一个高精度的编码器与旋转装置的转动轴同轴安装，这样就可以读出旋转装置在任意位置时的角度编码，从而可以获取转动的角位移。这种测试方法受安装的局限性大，需要设计连轴器将旋转装置的转动轴引出并选择合适的编码器安装。

以上测量方法均存在测试适应性差的缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于光纤陀螺仪的角位移测量装置及方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：其基于光纤陀螺仪的角位移测量装置包括相互连接的光纤陀螺仪和运算处理单元。

进一步地，本发明所述运算处理单元包括：

输出值接收装置，用于接收光纤陀螺仪1的输出值，

平均值计算装置，用于当被测旋转装置2处于静止状态时，对所述输出值接收装置所接收的光纤陀螺仪1在测试时间内的输出值求得平均值；

积分运算装置，用于接收平均值计算装置的数据；并在被测旋转装置2旋转过程中，连续接收输出值接收装置发送的光纤陀螺仪1的输出值,用于积分计算得到被测旋转装置2的转动角位移。

本发明利用以上角位移测量装置进行角位移测量的方法包括如下步骤：

1）将光纤陀螺仪1固定在被测旋转装置2上，使光纤陀螺仪1的测量轴与被测旋转装置2的转动轴5平行；

2）在被测旋转装置2处于静止状态下，运算处理单元3接收光纤陀螺仪1的输出值并计算测试时间内的输出值的平均值；

3）使被测旋转装置2旋转一个角度，在该旋转过程中由运算处理单元3连续记录光纤陀螺仪1的各输出值；

4）根据光纤陀螺仪1的标度因数、步骤2）所述输出值的平均值、步骤3）所述的光纤陀螺仪的各输出值，利用公式（1）和（2）得到被测旋转装置2因旋转得到的角位移

                         （1）

                                 （2）

式（1）和式（2）中，f_i为步骤3）所述的第i次记录的光纤陀螺仪1的输出值；f₀为步骤2）所述输出值的平均值，K为光纤陀螺仪1的标度因数，Ω_i为步骤3）所述的第i次记录时被测旋转装置2的转动角速率，θ为被测旋转装置转动的角位移。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：（1）现有技术没有使用光纤陀螺仪进行角位移测量，而本发明将光纤陀螺仪安装于旋转装置上，并测量旋转装置的角速度并积分，就可以得到旋转装置的角位移；因光纤陀螺仪具有体积小、启动时间短的特点，尤其适合角位移测量方面的应用。（2）因本发明只要求光纤陀螺的测量轴和被测旋转装置的转动轴平行，而不要求必须重合，因此测试适应性强，不需要设计复杂的安装结构，也不需要外部基准。（3）因本发明测量步骤少、且可通过运算处理单元实现实时显示所测的角位移，因此测试简单、方便。（4）本发明中由于采用光纤陀螺仪这种高精度角速度传感器，因此测试精度高，测试角位移精度可达到5角秒。

附图说明

图1是本发明的实施示意图；

图2是本发明运算处理单元的示意框图；

图3是本发明角位移测量的流程示意图；

其中，1.光纤陀螺仪，2.被测旋转装置，3.运算处理单元，4.通信线缆，5为被测旋转装置的转动轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

光纤陀螺仪是测量角速度的传感器，其输出表达式为：