光学陀螺测角仪校准规范（征求意见稿）

中华人民共和国国家计量技术规范JJFxxxx-xxxx光学陀螺测角仪校准规范CalibrationSpecificationforOpticalGyroscopeAngleMeasuringInstrumentxxxx―xx―xx发布xxxxJJFxxxx-xxxx光学陀螺测角仪校准规范光学陀螺测角仪校准规范CalibrationSpecificationforOpticalGyroscopeAngleMeasuringInstrumentJJFJJFxxxx-201x主要起草单位：JJFxxxx-xxxx JJFxxxx-xxxxJJFXXX-XXX《光学陀螺测角仪校准规范》是针对光学陀螺测角仪校准的计量技术JJFxxxx-xxxx1-光学陀螺测角仪校准规范-本规范适用于环形激光陀螺测角仪和光纤陀螺测角仪的角位置相关计量性能的校光学陀螺仪角位置测量值与计数脉冲输出值之比JJFxxxx-xxxx2空间指向的角度变化量。其角度计量领域应用的优点表现为：在测量载体回转角度时，量性能表现为：1）标度因数：光学陀螺测角仪测角原理不具备封闭性，如标度因数不2）标度因数非线性度：光学陀螺测角仪在不同角位置上，标度因数不一致，引入非线性误差成分，因此需要校准标度因数非线性度；3）零位漂移：光学陀螺测角仪在载体静止状态下，角位置测量结果随时间变化，因此需要校准零位漂移；4）速度一致性：不同速度的会引入计算误差，因此需要校准速度一致性；5）指向一致性：光学陀螺测JJFxxxx-xxxx312/123JJFxxxx-xxxx数据采集模块光学陀螺测角仪数据采集系统被校仪器转台测角仪测控上位机数据采集模块光学陀螺测角仪数据采集系统被校仪器转台测角仪测控上位机转台测控上位机转台控制器转台驱动器转台测控系统工作面上；校准开始前，光学陀螺测角续完成预热转台立式放置（回转轴线与水平面垂直将被测光学陀螺测角仪稳固安置在转台102030405060JJFxxxx-xxxx5Bs=Bs=ki=K=Ki7.2标度因数非线性度Kl采用标度因数在各测回测量结果，计算极差KKl=maxKi−minKiKMu-M7.4角位置测量偏差E转台立式放置（回转轴线与水平面垂直将被测光学陀螺测角仪稳固安置在转台1020304050607080JJFxxxx-xxxx690000Ei=Mi-SiRi=(E-E2Ri=R=max(Ri)。在(1°~300°)/s范围内，选取8个速率点(参考值：v=1°/s,10°/s,60°/s,100°/s,150°/s,Cv=maxEv−minEvE60°/s如7.4角位置测量偏差校准已完成，60°/JJFxxxx-xxxx（a）正上方向（b）正北（或南）方向（c）正东（或西）方向图3转台回转轴指向调整示意图maxEg)minEgΣEg3s校准结果处理复校时间间隔根据仪器特性及实际使用情况由使用者确定，建议JJFxxxx-xxxx8光学陀螺测角仪角位置测量偏差校准结果的测量不确定度评定1测量方法将光学陀螺测角仪安装在立式标准转台上，调整光学陀螺测角仪敏感面与转台回转工作平行度优于±0.1°,令标准转台在0°~360°测量范围内依次发生标准角位置，从起始位置到每个校准位置的测量时间控制在0.5min内，记录各位置上标准转台定位值和光学陀螺测角仪测得值，计算偏差。2测量模型∆=θψ+θz+θE−p式中：Δ光学陀螺测角仪角位置测量偏差θψ光学陀螺测角仪敏感面测得值在转台回转面上的投影角光学陀螺测角仪的零位漂移值θE光学陀螺测角仪测得地球自转角p标准转台角定位值3标准不确定度分量一览表序号标准不确定度分量不确定度来源类型1u(p)标准转台角定位值引入的测量不确定度B2u(θψ)光学陀螺敏感面与转台回转面不一致引入的测量不确定度B3u(θz)光学陀螺零位漂移引入的测量不确定度B4u(r)测量重复性引入测量不确定度A4标准不确定度分量评定4.1标准转台角定位值引入的测量不确定度u(p)转台角定位最大允许误差MPE：±0.10″，设其符合均匀分布，则：u(p)=0.10″/3≈0.06″JJFxxxx-xxxxr(θ)’r4.2光学陀螺敏感面与转台回转面不一致引入的测量不确定度r(θ)’r设光学陀螺测角仪敏感面与转台回转面存在夹角ψ,根据光学陀螺测量原理，在转台回转微小角度dθ时，光学陀螺实际感应光程为其敏感面上的理想真圆光程在转台回转面上的椭圆投影。ψψrbra图A.1光学陀螺测角仪敏感面与转台回转工作面夹角关系图dθdθ图A.2光学陀螺敏感面在转台回转面上的投影示意图dθ对应投影光程为：dl’=dθ×T(θ)’(2)r(θ)’为角位置上的椭圆半径，与转台回转角度、陀螺敏感面上的理想光程真圆半径r及陀螺敏感面与转台回转面夹角ψ的函数关系为： cos(ψ)2×Cosθ)2+sinθ)2(3)则dθ对应陀螺实际感应角度为：==JJFxxxx-xxxxdθψ)=dθ×r(θ)’×k(4)式中k为角度与弧长的比例系数，在陀螺标度因子校准过程中赋值，结果为360°/C’，其中C’为椭圆周长。(5)rθ'dθ(5)(6)(6) cos(ψ)2×Cosθ)2+sinθ)2(7)k=360°(7)2π12π1 cos(ψ)2×Cosθ)2+sinθ)2(3)dθψ)=dθ)×r×cos(ψ)(3) 360°× cos(ψ)2×Cosθ2+sinθ)2360°×dθ〕2π1cos(ψ)2×Cosθ)2+2π1cos(ψ)2×Cosθ)2+sinθ)2 cos(ψ)2×Cosθ)2+sinθ)2则标准转台转动到特定角度θ时，光学陀螺测角仪的测得值为：(4)d0θ(4) θ2×0 cos(ψ)2×Cosθ2+sinθ2光学陀螺敏感面与转台回转面不一致引入的角位置测量误差为：(5)(5)光学陀螺测角仪敏感面与转台回转工作平行度优于±0.1°,考虑安置于最大夹角状态ψ=0.1°,通过数值仿真可到0°~360°测量范围内，光学陀螺敏感面与转台回转面不一致引入的角位置测量偏差曲JJFxxxx-xxxx偏差/″0.050-0.05偏差/″0.050-0.05m(i)-m10-1Σi=1STD=4590135180225270315360校准位置/°图A.3光学陀螺敏感面与转台回转面不一致引入的角位置测量偏差曲线由数值仿真结果可知，0°~360°测量范围内误差极限值Δψ=0.08″，设其符合均匀分布，则：u(θψ)=0.08″/3≈0.05″4.3光学陀螺测角仪零位漂移值引入的测量不确定度u(θz)被校准的光学陀螺测角仪零偏稳定性优于0.005°/h即0.3″/min，测量持续时间0.5min，则最大漂移误差为：0.3″/min×0.5min=0.15″，设其符合均匀分布，则：u(θz)=0.15″/3≈0.09″4.4测量重复性引入测量不确定度u(θ)开展10次重复测量，测量结果如图所示：图A.410次重复测量角位置测量偏差曲线通过贝塞尔公式计算各角位置的标准偏差STD。各角位置的标准偏差分布如图所示：JJFxxxx-xxxx图A.5各角位置的标准偏差分布曲线测量重复性引入测量不确定度取最大值，则：u(r)=0.09″6标准测量不确定度汇总序号标准不确定度分量不确定度来源评定结果1u(p)标准转台角定位值引入的测量不确定度0.06″2u(θψ)光学陀螺敏感面与转台回转面不一致引入的测量不确定度0.05″3u(θz)光学陀螺零位漂移引入的测量不确定度0.0