[发明专利]一种消除光纤陀螺热应力的补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于补偿方法，具体涉及一种消除光纤陀螺热应力的补偿方法。

背景技术

当光纤陀螺仪工作环境温度发生变化时，一方面，时变温度梯度作用在光纤环上，会产生Shupe效应，从而会在陀螺仪输出信号中产生热致非互易相位噪声；另一方面，热应力作用在光纤环及其固化胶体上导致其热胀冷缩，也会引起陀螺仪输出信号产生偏置相位噪声。这两种误差都会导致陀螺仪产生零偏偏差，影响陀螺仪精度，但它们随温度变化的规律是不同的，前者是受时变温度梯度作用产生的，温度梯度一旦随时间趋于恒定时，热致非互易相位噪声就会为零，而此时，只要光纤环的温度偏离固化胶的固化温度，热应力效应引起的相位偏置误差就不为零，即使温度梯度达到稳态，后者依然存在。

目前的研究普遍集中在Shupe效应导致的热致非互易相位误差方面。通常采用的办法是：通过建立时变温度梯度数学模型，对陀螺仪的输出进行实时补偿，来减小热致非互易相位误差，从而提高陀螺仪的输出精度。这在一定程度上改善了陀螺仪的温度适应性，但对较高精度要求的使用领域，补偿效果还不能满足要求。特别是在对衡定温度梯度下零偏一致性有较高要求的使用领域，此时Shupe效应导致的热致非互易相移误差已为零，但陀螺仪输出信号中依然存在由环境热应力导致产生的相位误差，致使衡定温度梯度且不同温度下的陀螺零偏不一致，严重影响光纤陀螺仪的应用范围及工程化实用性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种消除光纤陀螺热应力的补偿方法。

本发明是这样实现的：一种消除光纤陀螺热应力的补偿方法，包括下述步骤：

步骤一：获取工艺数据

针对同一批次光纤环，获取其固化胶的弹性模量E_m、固化胶的热膨胀系数α_g、光纤的热膨胀系数α_f和固化温度T_c，

步骤二：采集样本数据

实时采集陀螺内部当前温度值x_i和当前陀螺输出值y_i，设定时间步长T_step，根据公式（1）计算时变温度梯度值dx_i，

步骤三：建立误差模型计算零偏偏差值

首先根据公式（2）计算工艺补偿参数a；

a=(α_g-α_f)*E_m； （2）

其中a为需要求解的工艺补偿参数，α_g表示固化胶的热膨胀系数，α_f表示光纤的热膨胀系数，E_m表示固化胶的弹性模量，上述三个参数的来源为步骤一，

然后根据计算得到的a计算误差△y_i，

步骤四：进行热应力补偿

按照公式（5）计算补偿后陀螺实时输出值ybc_i：

ybc_i=y_i-△y_i*Ts （5）

其中，其中的y_i是步骤二中得到的参数，和△y_i是步骤三中得到的参数，Ts为以秒为单位的采样周期值。

如上所述的一种消除光纤陀螺热应力的补偿方法，其中，所述的步骤三中计算误差△y_i根据热源在陀螺仪内外的不同采用不同公式计算；

当热源在陀螺仪外时；

误差△y_i用公式（3）计算：

△y_i=a*dx_i/(x_i-T_c)ⁿ¹+a*(x_i-T_c))； （3）

a为公式（2）计算的结果，T_c为光纤的固化温度其数值在步骤一中得到，x_i和dx_i均为步骤一中的参数，

其中，n1为模型阶数；

当热源在陀螺仪内时；

误差△y_i用公式（4）计算：

△y_i=a*dx_i*(x_i+T_c)ⁿ²+a*(x_i+T_c))； （4）