一种激光陀螺仪的光学干涉区域面积测量方法

本发明属于陀螺仪标定，具体涉及一种激光陀螺仪的光学干涉面积测量系统和方法。

背景技术：

1、激光陀螺仪具有绝佳的转动测量分辨率，在惯性导航、地球物理、相对论检验等领域应用广泛。激光陀螺仪基于sagnac效应构成，其分辨率与光学干涉面积正相关，因此在近几十年的研究中，大型化是高精度激光陀螺仪的发展趋势。例如德国的gring陀螺仪，意大利的gingerino陀螺仪等，但是巨大的尺寸是在提高仪器精度的同时，也带来了仪器标定困难的问题。

2、传统的陀螺仪标定方式是转台调制转速直接测量陀螺仪的转速敏感系数，称为“标度因子”。但是目前激光陀螺仪巨大的尺寸导致没有相匹配的转台，并且大型激光陀螺仪建设完成后几乎不能移动，因此大型激光陀螺仪的标度因子标定问题是目前该领域一直等待解决的问题。

3、目前常用的估算标度因子的方法是利用陀螺仪的特征参数进行理论计算，这些参数包括干涉区域面积、干涉区域周长和激光波长参数。其中只有面积测量精度最低，目前虽有根据陀螺仪的周长测量给出面积的变化率上限的报道，但没有对光学干涉区域面积直接测量的技术。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种激光陀螺仪的光学干涉面积测量方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种激光陀螺仪的光学干涉面积测量方法，包括：

4、将量具设于激光陀螺仪的透射激光传播路径上，确保光束穿过量具的中心，则此时量具中心点的位置与透射激光的传播路径重合；

5、利用三维坐标测量仪测量量具中心点的位置，得到量具的中心点坐标值；移动量具，得到多组量具中心点的坐标值；根据量具中心点的坐标值进行线性拟合得到激光陀螺仪的某一边的激光传播路径表达式；

6、根据某一边的激光传播路径表达式的确定方法，确定激光陀螺仪所有边的位置表达式，并在同一坐标系上完成对于激光陀螺仪激光的各传播路径的构建；

7、计算激光陀螺仪激光的各传播路径所构建的封闭图形的面积，该面积为激光陀螺仪的光学干涉区域面积。

8、进一步，使用激光陀螺仪的腔外透射光确定腔内激光的传播路径。

9、进一步，所述量具为使用角锥镜构成的靶球。

10、进一步，当激光陀螺仪为方形时，所述图形面积通过下式确定：

11、利用布雷特施奈德公式计算激光陀螺仪的光学干涉面积，其公式为：

12、

13、其中，a为四边形面积，p为四边形周长，l1、l2、l3、l4为四边形的边长。

14、进一步，所述根据量具中心点的坐标值进行线性拟合得到激光陀螺仪的某一边的激光传播路径表达式；包括：

15、利用origin软件对多个量具中心点坐标值进行拟合，拟合公式为：

16、y1＝a1x1+b1

17、其中参数x1与y1代表以坐标系的x轴与y轴的取值，坐标系建立以激光跟踪仪为坐标原点，x方向与y方向为水平面任意两垂直方向；参数a1在表达式中代表直线斜率，代表透射光在坐标系中的传播方向；参数b1为截距，表示光线与坐标系y轴交点距激光跟踪仪的距离。

18、进一步，所述测量量具中心点的位置，得到量具的中心点坐标值，其包括：

19、利用三维坐标测量仪测量量具中心点的位置，得到量具中心点的坐标值；

20、测量多次量具中心点的各个维度的坐标值，选取平均值作为最终的坐标值。

21、进一步，将量具设于激光陀螺仪的腔外的透射激光传播路径上以确定腔内激光的传播路径。

22、进一步，所述激光陀螺仪为长方形腔体或三角形腔体的光学陀螺仪。

23、进一步，所述将量具设于激光陀螺仪的透射激光传播路径上；包括：

24、使用量具放在腔外透射光的路径上，通过测量量具的位置，得到腔外透射激光传播路径上的特征点的位置。

25、进一步，还包括：计算封闭图形的边长，即为激光陀螺仪的光学传播路径周长。

26、本发明提供的一种激光陀螺仪的光学干涉面积测量方法具有以下有益效果：

27、本发明设计了一种针对激光陀螺仪的光学干涉面积测量方法，利用量具来定位激光陀螺仪透射激光的传播路径，通过测量量具在透射激光传播路径上的多个位置的坐标并将其作为特征点位置坐标，再利用多个特征点位置坐标值拟合激光传播直线方程，重构激光在陀螺仪中的传播路径，以计算激光陀螺仪的光学干涉面积，解决了激光陀螺仪的光学干涉面积难以测量的难题。

技术特征：

1.一种激光陀螺仪的光学干涉区域面积测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种激光陀螺仪的光学干涉区域面积测量方法，其特征在于，使用激光陀螺仪的腔外透射光确定腔内激光的传播路径。

3.根据权利要求1所述的一种激光陀螺仪的光学干涉区域面积测量方法，其特征在于，所述量具为使用角锥镜构成的靶球。

4.根据权利要求1所述的一种激光陀螺仪的光学干涉区域面积测量方法，其特征在于，当激光陀螺仪为方形时，所述图形面积通过下式确定：

5.根据权利要求1所述的一种激光陀螺仪的光学干涉区域面积测量方法，其特征在于，所述根据量具中心点的坐标值进行线性拟合得到激光陀螺仪的某一边的激光传播路径表达式；包括：

6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述测量量具中心点的位置，得到量具的中心点坐标值，其包括：

7.根据权利要求1所述的的测量方法，其特征在于，将量具设于激光陀螺仪的腔外的透射激光传播路径上以确定腔内激光的传播路径。

8.根据权利要求1所述的的测量方法，其特征在于，所述激光陀螺仪为长方形腔体或三角形腔体的光学陀螺仪。

9.根据权利要求1所述的的测量方法，其特征在于，所述将量具设于激光陀螺仪的透射激光传播路径上；包括：

10.根据权利要求1所述的的测量方法，其特征在于，还包括：计算封闭图形的边长，即为激光陀螺仪的光学传播路径周长。

技术总结
本发明提供了一种激光陀螺仪的光学干涉区域面积测量方法，属于陀螺仪标定技术领域，包括:量具，设于激光陀螺仪的透射激光传播路径上，确保光束穿过量具的中心，则此时量具中心点的位置与透射激光的传播路径重合；三维坐标测量仪，用于测量量具中心点的位置，得到量具的中心点坐标值；移动量具，得到多组量具中心点的坐标值；根据量具中心点的坐标值进行线性拟合得到激光陀螺仪的某一边的激光传播路径表达式；构建激光陀螺仪所有边的位置表达式，在同一坐标系上完成对于激光陀螺仪激光的传播路径的构建；计算激光陀螺仪激光的传播路径所构建的封闭图形的面积，即为激光陀螺仪的光学干涉区域面积。该方法能够准确测量激光陀螺仪的光学干涉面积。

技术研发人员：张洁,陈宇轩,钟宇宏,刘雅文,姚锦佩,柳奎,陆泽晃
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5