光纤陀螺寻北实验研究性报告书(编辑修改稿)

光纤陀螺寻北实验研究性报告书(编辑修改稿)内容摘要：

将数字阶 梯波与调制方波进行数字叠加的方案，这样归一化的信号输出为： 0( ) [ 1 c os( ) ]R R m sPP          （ 9） 经过一定计算后可以得知，光功率相应为： 0( ) ( ) s in ( )2RR RsPP P          光纤陀螺寻北仪的原理 光纤陀螺寻北仪原理如右图所示。 地球以恒定的自转角速度 0(15( )/ )e h 绕地轴旋转。 对于地球上纬度为  的某点，在该点地球自转的角速率可以分解为两个分量，水平分量，沿地球经线指向地理北极，大小为 1 cosee   ；垂直分量，沿地球垂线垂直向上，大小为 2 sinee  。 可以得知，利用惯性技术测量角速度在各方向的分量即可以获得地球上被测点的北向信息，这就是陀螺寻北仪 7 的基本原理。 由实验软件给出的零偏读数： 39。 0c o s c o s te             （ 11） 其中， e 是地球自转角速度；  是当地的纬度；  是陀螺仪与地理北极所成的夹角； E0是陀螺常值漂移误差； ()t 是采样时刻的陀螺时漂； ()T 是采样时刻的陀螺温漂。 为了保证是实验的精度，我们采用了多位臵法来消除 的影响。 仪器介绍 本实验主要使用的仪器有光纤陀螺仪、二自由度转台、水平台直流稳压电源、示波器、计算机等等，实验后处理数据的方法有多位臵法与四位臵法，本实验报告为节省出篇幅就不在这里赘述，具体见基础物理实验教材。 数据处理 、实验前准备 启动实验软件，进入采样界面。 2. 校正光纤陀螺标定因数 ① 北京地区纬度文献值： j = ② 将陀螺调至水平，此时陀螺轴铅垂向上，记录陀螺的零偏输出 A0 ③ 将陀螺转 180 调至向下水平，此时陀螺轴铅垂向下，记录陀螺的零偏输出A180 ④ 计算 B1=215/hsinj， B2=| A0|+|A180 | ⑤ 调整标度因数使 B1=B2 ：设当前陀螺标定因数为 Kd，则可得标定因数计算 8 值 Kx为： dx KBBK 12＝ 按计算值修定后重新校对，若 A0≈ A180 即满足要求。 、实验数据处理 、陀螺校订 初始时， = ，陀螺仪铅垂向上和铅垂向下时， = ，，标定 Kx=。 标定之后， =， . 两者绝对值近似相等，标定结束。 、寻找地理北极 θ 1 2 3 4 5 平均 90176。 10 180176。 270176。 360176。 以上表格为 excel 计算值，其中ω的单位是（176。 /h） 根据以上数据直接观察出： 由已知的计算公式得： 9 θ==176。 ω==（176。 /h） 而在实际测量过程中： θ=114176。 ω=（176。 /h） 相对误差分别为： 、确定地轴北极 利用多位臵法找地轴北极 ： 在θ =47176。 左右ω出现最大值，为 以 47176。 为中心，每隔 10176。 测量一次相应的ω值，左右两边各测量十次，此时测得的原始数据列表表示如下： 次数 1 2 3 4 5 次数 6 7 8 9 10 下面用一元线性回归方程求解地轴北极： 向左右两边的度数调节为自主调节，可以认为数据精度高于测量的角速度值，因此分别以 和为， 为 ,由一元线性回归方程 y=bx+a知， =2ω =2ω 10 数据初步处理如下： 对应角度 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x1 0 x2 1 y1 y2 由以上数据，进一步列出一元线性回归计算所要用到的数据： x1 y1 x1y1 x2 y2 x2y2 （以上各值均为平均值， y 与 xy 单位均为 ） 求得： （线性相关性强） （负线性相关） 以下为 excel 表格画出的散点图： （由图中可以看出两者的正负相关性，但是图 2 的线性关系并不是很明显，在下面的误差分析将会进一步讨论） ∵ =2ω =2ω ∴ 两式相除得：θ ==176。 11 又ω ==（176。 /h） 最后求得纬度值为 =176。 ω =（176。 /h） 计算相对误差 纬度与角速度最大值的理论值分别为 176。 、 15（176。 /h） 相对误差 、光纤长度和陀螺输出 实验中测得 5 =→ 又有 n= c= m/s L= =1404m （由于采用了 3 倍频技术，因此实际周期需在读数上 3） 用数字示波器测得当前数据为： n =86ms n =48v = 可以求得 n=36752 每个台。