專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的mems陀螺測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的MEMS陀螺測(cè)試系統(tǒng)，可應(yīng)用于慣性器件測(cè)試設(shè) 備領(lǐng)域的MEMS陀螺傳感器全自動(dòng)測(cè)試。
背景技術(shù)：
MEMS陀螺傳感器的測(cè)試，通常包括標(biāo)度因數(shù)、標(biāo)度因數(shù)溫度靈敏度、標(biāo)度因數(shù)、非 線性、零偏、零偏穩(wěn)定性、零偏重復(fù)性、零偏溫度靈敏度、分辨率、閾值、隨機(jī)游走系數(shù)、輸入 軸失準(zhǔn)角等項(xiàng)目。目前MEMS陀螺研制單位或應(yīng)用單位對(duì)MEMS器件的測(cè)試，受測(cè)試設(shè)備的 條件限制，如測(cè)試速率轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)采單元具有獨(dú)立性特點(diǎn)，造成測(cè)試過(guò)程和方法依然停留在個(gè) 別參數(shù)的測(cè)試方面，其測(cè)試的自動(dòng)化程度和效率也比較低。另一方面，受目前測(cè)試使用速率 轉(zhuǎn)臺(tái)范圍的限制(一般為1000° /s以下)，對(duì)于大量程的MEMS陀螺器件測(cè)試范圍一般也 只能局限于設(shè)備固有的速率范圍內(nèi)進(jìn)行，對(duì)于大于測(cè)試設(shè)備的測(cè)量范圍不能進(jìn)行有效的標(biāo) 定。目前業(yè)界的公認(rèn)做法是，在設(shè)備速率范圍內(nèi)的進(jìn)行有效的速率測(cè)試，然后對(duì)測(cè)試結(jié)果做 適當(dāng)?shù)耐庋?，?lái)權(quán)衡范圍外的指標(biāo)性能測(cè)試，從而造成測(cè)試范圍的覆蓋性不足。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的MEMS 陀螺測(cè)試系統(tǒng)，解決了 MEMS陀螺測(cè)試要求的高速率、測(cè)試溫控要求等問(wèn)題，提高了測(cè)試效 率，可以用于MEMS陀螺傳感器的批量測(cè)試。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的MEMS陀螺綜合測(cè)試系統(tǒng)，包括雙 軸轉(zhuǎn)臺(tái)、高低溫溫箱、MEMS陀螺、溫箱控制器、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥、光電編碼器、MEMS 陀螺測(cè)試單元和測(cè)控計(jì)算機(jī)；雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)體采用U-T型框架式結(jié)構(gòu)，其中傾斜軸軸端一側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接 閥，另一側(cè)為信號(hào)導(dǎo)電滑環(huán)，雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸的工作臺(tái)面上沿軸線對(duì)稱(chēng)安裝MEMS陀螺，高 低溫溫箱安裝在雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)傾斜軸的框架上并隨傾斜軸框架一起轉(zhuǎn)動(dòng)，雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸的工 作臺(tái)面包含在高低溫溫箱內(nèi)，溫箱箱體與壓縮機(jī)之間通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥連接，控制計(jì)算 機(jī)通過(guò)溫箱控制器控制壓縮機(jī)用于保證傾斜內(nèi)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)連續(xù)將冷媒注入高低溫箱的箱體 內(nèi)，使高低溫箱的溫度控制范圍為_(kāi)55°C +120°C;光電編碼器作為速率反饋元件安裝在雙 軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸上，光電編碼器輸出脈沖信號(hào)用于與轉(zhuǎn)臺(tái)控制器發(fā)出的轉(zhuǎn)速指令信號(hào)比較后 輸出電機(jī)控制信號(hào)，電機(jī)控制信號(hào)控制電機(jī)帶動(dòng)雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，MEMS陀螺測(cè)試單元對(duì)MEMS 陀螺輸出的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行采集，然后由控制計(jì)算機(jī)對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到測(cè)試結(jié)
^ o本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型將轉(zhuǎn)臺(tái)、溫箱、MEMS陀螺測(cè)試 單元結(jié)合一起，構(gòu)建了一個(gè)方便、高效的測(cè)試系統(tǒng)，溫箱為MEMS陀螺測(cè)試提供溫度環(huán)境條 件，溫度控制范圍為_(kāi)55°C +120°C，保證測(cè)試項(xiàng)目更全，以便在各個(gè)溫度下對(duì)MEMS陀螺進(jìn) 行從標(biāo)定，增加其標(biāo)定的準(zhǔn)確性，解決了 MEMS陀螺測(cè)試要求的高速率、測(cè)試溫控要求等問(wèn)
3題，提高了測(cè)試效率。
圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成示意圖；圖2是本實(shí)用新型采用的帶溫箱雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型測(cè)試軟件的功能組成圖；圖4是本實(shí)用新型測(cè)試軟件的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、2所示，一種雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的MEMS陀螺綜合測(cè)試系統(tǒng)，包括雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)、高低溫溫 箱1、MEMS陀螺4、溫箱控制器、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥6、光電編碼器7、MEMS陀螺測(cè)試單 元和測(cè)控計(jì)算機(jī)；雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)共有兩個(gè)軸，其中外軸叫做傾斜軸，內(nèi)軸叫做方位軸，雙軸轉(zhuǎn)臺(tái) 臺(tái)體采用U-T型框架式結(jié)構(gòu)，其中傾斜內(nèi)軸2軸端一側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥6，另一側(cè)為信 號(hào)導(dǎo)電滑環(huán)，雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸5的工作臺(tái)面3上沿軸線對(duì)稱(chēng)安裝MEMS陀螺4，高低溫溫箱1 安裝在雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)傾斜內(nèi)軸2的框架上并隨傾斜內(nèi)軸2框架一起轉(zhuǎn)動(dòng)，雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸5的 工作臺(tái)面3包含在高低溫溫箱1內(nèi)，溫箱箱體1與壓縮機(jī)之間通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥6連接， 控制計(jì)算機(jī)通過(guò)溫箱控制器控制壓縮機(jī)用于保證傾斜內(nèi)軸2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)連續(xù)將冷媒注入高低 溫箱1的箱體內(nèi)，使高低溫箱的溫度控制范圍為_(kāi)55°C +120°C;光電編碼器7作為速率反 饋元件安裝在雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸5上，光電編碼器輸出脈沖信號(hào)用于與轉(zhuǎn)速指令信號(hào)比較后 輸出電機(jī)控制信號(hào)，電機(jī)控制信號(hào)控制電機(jī)帶動(dòng)雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，MEMS陀螺測(cè)試單元對(duì)MEMS 陀螺輸出的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理得到測(cè)試結(jié)果。高低溫箱為MEMS陀螺測(cè)試提供溫度環(huán)境條件，溫度控制范圍為-55°C +120°C。 將其安裝在雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的傾斜內(nèi)軸框架上，可隨傾斜內(nèi)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并將方位軸通過(guò)溫箱底 部的開(kāi)孔升入溫箱內(nèi)，將工作臺(tái)面安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)主軸軸端上，置于溫箱中。溫箱的控制及壓縮 機(jī)部分與溫箱箱體分開(kāi)，箱體與壓縮機(jī)之間的管路用一個(gè)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接閥連接，保證冷媒在箱 體與壓縮機(jī)之間的暢通。這種結(jié)構(gòu)便于隔離制冷壓縮機(jī)的工作振動(dòng)。雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)為MEMS陀螺測(cè)試提供位置姿態(tài)和角速率輸入。轉(zhuǎn)臺(tái)的方位軸上裝用高 精度光電編碼器作為速率反饋元件，其輸出脈沖信號(hào)為與實(shí)際轉(zhuǎn)速值成正比的脈沖信號(hào)， 每圈的輸出脈沖數(shù)為36000個(gè)，經(jīng)細(xì)分電路倍頻后可分辨率，最高可達(dá)每圈3600K個(gè)。轉(zhuǎn)速 指令信號(hào)為頻率值與轉(zhuǎn)速指令值成正比的脈沖信號(hào)，由測(cè)控計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)臺(tái)控制器中的脈 沖發(fā)生器發(fā)出，其輸出頻率范圍為100 100KHZ。轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)和轉(zhuǎn)速指令信號(hào)相比較后 由轉(zhuǎn)臺(tái)控制器輸出電機(jī)控制信號(hào)，經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)臺(tái)控制器可根據(jù)轉(zhuǎn)速指 令值的大小自動(dòng)設(shè)置編碼器反饋信號(hào)的細(xì)分倍數(shù)，轉(zhuǎn)速較低時(shí)，采用較小的細(xì)分倍數(shù)，以提 高轉(zhuǎn)速精度；轉(zhuǎn)速較高時(shí)，采用較大的細(xì)分倍數(shù)，以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。由此可實(shí)現(xiàn)很寬 的速率范圍和很高的速率精度。MEMS陀螺測(cè)試單元置入控制柜中，位于方位軸臺(tái)面上的10個(gè)MEMS陀螺傳感器輸 出的模擬信號(hào)經(jīng)導(dǎo)電滑環(huán)后分別引入到MEMS陀螺測(cè)試單元的10路差分輸入的模擬輸入通 道，每路信號(hào)再經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路后，送入18位的高精度A/D采集卡，由此可將10個(gè)MEMS 陀螺的輸出信號(hào)精確轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。利用測(cè)控計(jì)算機(jī)的控制，可實(shí)現(xiàn)高速的信號(hào)采集，單
4通道采集頻率最大可達(dá)625kps。在不同的溫度環(huán)境和轉(zhuǎn)速下，將變換后的每個(gè)MEMS陀螺傳 感器輸出按規(guī)定的方法進(jìn)行計(jì)算，可得到標(biāo)度因數(shù)、標(biāo)度因數(shù)溫度靈敏度、非線性、零偏、零 偏穩(wěn)定性、零偏重復(fù)性、零偏溫度靈敏度、分辨率、閾值、隨機(jī)游走系數(shù)、輸入軸失準(zhǔn)角等測(cè) 試值。高低溫箱、雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)和MEMS陀螺測(cè)試單元均由測(cè)控計(jì)算機(jī)控制，軟件采用模塊化 設(shè)計(jì)，如圖3所示，主要由轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)控模塊、溫箱溫度測(cè)控模塊、測(cè)試任務(wù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管 理模塊、MEMS數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算和處理模塊、遠(yuǎn)程通訊接口模塊等組成。用戶(hù)可在操 作界面上可直接設(shè)置溫箱溫度、轉(zhuǎn)臺(tái)位置和速率、MEMS陀螺測(cè)試的項(xiàng)目。也可按照所需流 程配置多組測(cè)試，每組測(cè)試中均可設(shè)置不同的溫箱溫度、轉(zhuǎn)臺(tái)位置和速率、MEMS陀螺測(cè)試的 項(xiàng)目和測(cè)試時(shí)間。利用計(jì)算機(jī)時(shí)鐘，軟件可在一組測(cè)試完成后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入到下一組測(cè)試，直 到完成全部測(cè)試項(xiàng)目。測(cè)試完成后，軟件按所有測(cè)試內(nèi)容自動(dòng)計(jì)算處測(cè)試結(jié)果，并生成測(cè)試 結(jié)果報(bào)表以文件形式存放于計(jì)算機(jī)中，然后退出程序。具體的測(cè)試過(guò)程如圖4所示，測(cè)試開(kāi)始前，用戶(hù)可預(yù)先設(shè)置溫箱溫度、保溫時(shí)間、 轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角或速率值、MEMS陀螺測(cè)試個(gè)數(shù)和項(xiàng)目等參數(shù)；開(kāi)始測(cè)試后，軟件會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)計(jì)時(shí) 器，按照用戶(hù)配置的測(cè)試項(xiàng)目自動(dòng)開(kāi)始測(cè)試，完成一個(gè)項(xiàng)目后，自動(dòng)切換到下一個(gè)項(xiàng)目，依 次完成所有測(cè)試項(xiàng)目后，軟件自動(dòng)生產(chǎn)測(cè)試結(jié)果報(bào)表，并退出程序。這種MEMS陀螺綜合測(cè)試系統(tǒng)是一種完整的全自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，提高了測(cè)試效率，滿(mǎn) 足了 MEMS陀螺傳感器測(cè)試所需的一次裝卡多參數(shù)全過(guò)程測(cè)試、大動(dòng)態(tài)速率范圍覆蓋性、測(cè) 試溫控要求和自動(dòng)化批量測(cè)試的要求。本實(shí)用新型未詳細(xì)描述內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
權(quán)利要求一種雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的MEMS陀螺測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于包括雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)、高低溫溫箱(1)、MEMS陀螺(4)、溫箱控制器、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥(6)、光電編碼器(7)、MEMS陀螺測(cè)試單元和測(cè)控計(jì)算機(jī)；雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)體采用U T型框架式結(jié)構(gòu)，其中傾斜軸(2)軸端一側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥(6)，另一側(cè)為信號(hào)導(dǎo)電滑環(huán)，雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸(5)的工作臺(tái)面(3)上沿軸線對(duì)稱(chēng)安裝MEMS陀螺(4)，高低溫溫箱(1)安裝在雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)傾斜軸(2)的框架上并隨傾斜軸(2)框架一起轉(zhuǎn)動(dòng)，雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸(5)的工作臺(tái)面(3)包含在高低溫溫箱(1)內(nèi)，溫箱箱體(1)與壓縮機(jī)之間通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥(6)連接，控制計(jì)算機(jī)通過(guò)溫箱控制器控制壓縮機(jī)在傾斜內(nèi)軸(2)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)連續(xù)將冷媒注入高低溫箱(1)的箱體內(nèi)，光電編碼器(7)作為速率反饋元件安裝在雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸(5)上，光電編碼器(7)輸出脈沖信號(hào)用于與轉(zhuǎn)臺(tái)控制器發(fā)出的轉(zhuǎn)速指令信號(hào)比較后輸出電機(jī)控制信號(hào)，電機(jī)控制信號(hào)控制電機(jī)帶動(dòng)雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，MEMS陀螺測(cè)試單元對(duì)MEMS陀螺輸出的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行采集，然后由控制計(jì)算機(jī)對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到測(cè)試結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的MEMS陀螺測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述高低 溫箱(1)的溫度控制范圍為_(kāi)55°C +120°C。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的MEMS陀螺測(cè)試系統(tǒng)，將帶高低溫箱的雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)和MEMS陀螺傳感器測(cè)試單元結(jié)合起來(lái)，組成一種全自動(dòng)的MEMS陀螺綜合測(cè)試系統(tǒng)，溫箱為MEMS陀螺測(cè)試提供溫度環(huán)境條件，溫度控制范圍為-55℃～+120℃，保證測(cè)試項(xiàng)目更全，以便在各個(gè)溫度下對(duì)MEMS陀螺進(jìn)行從標(biāo)定，以增加其標(biāo)定的準(zhǔn)確性，從而解決了MEMS陀螺測(cè)試要求的高速率、測(cè)試溫控要求等問(wèn)題，提高了測(cè)試效率。
文檔編號(hào)G01C25/00GK201653429SQ201020181149
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者周宏新, 王勝利, 胡吉昌, 趙郭有為, 鄭權(quán) 申請(qǐng)人:北京航天控制儀器研究所