專利名稱：光纖陀螺指標(biāo)參數(shù)自動(dòng)化測試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)采集與測試技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種光纖陀螺指標(biāo)參數(shù)自動(dòng)化測試系統(tǒng)及方法，可用于航空航天領(lǐng)域及飛行器控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光纖陀螺具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、預(yù)熱時(shí)間短等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空航天以及其它各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，它決定著飛行器導(dǎo)航和姿態(tài)控制精度，它的品質(zhì)好壞直接影響飛行器控制系統(tǒng)的可靠性。因此光纖陀螺的性能參數(shù)測試對于光纖陀螺占據(jù)著舉足輕重的地位，成為該領(lǐng)域最基本技術(shù)之一，所以一套高精度的測試系統(tǒng)成為光纖陀螺參數(shù)測試必不可少的設(shè)備。目前已有一些光纖陀螺參數(shù)采集與測試系統(tǒng)，如基于USB的光纖陀螺測試系統(tǒng)、 基于RS-232的光纖陀螺測試系統(tǒng)等，這些測試系統(tǒng)雖然能夠完成光纖陀螺的基本參數(shù)測試，但是都存在著一些不足之處，比如基于RS-232的光纖陀螺測試系統(tǒng)雖然連接簡單，但是數(shù)據(jù)傳輸速率慢，因而使其成為高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i；基于USB的光纖陀螺測試系統(tǒng)雖然可以同時(shí)解決傳輸速率、單位時(shí)間數(shù)據(jù)吞吐量的問題，但是其硬件電路相對比較復(fù)雜，測試數(shù)據(jù)精度低。此外，這兩種測試系統(tǒng)還存在著另外一個(gè)不足之處自動(dòng)化程度低，要用手動(dòng)控制溫箱和轉(zhuǎn)臺，測試數(shù)據(jù)的記錄、處理和分析也是由人工完成，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間去做數(shù)據(jù)的分析，導(dǎo)致測試期間操作步驟比較復(fù)雜，延長了測試時(shí)間，測試結(jié)果不直觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種光纖陀螺指標(biāo)參數(shù)自動(dòng)化測試系統(tǒng)及方法，以提高測試數(shù)據(jù)精度，減少人工操作的復(fù)雜度，使得測試操作簡單易行，縮短測試的時(shí)間，提高測試系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，直觀顯示測試結(jié)果。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的自動(dòng)化測試系統(tǒng)包括溫箱轉(zhuǎn)臺、信號處理單元和計(jì)算機(jī)三部分，其特征在于1)溫箱轉(zhuǎn)臺包括溫度控制儀和轉(zhuǎn)臺，溫度控制儀用來給光纖陀螺進(jìn)行加熱，轉(zhuǎn)臺用來給光纖陀螺提供一定角度的擺動(dòng)，獲得光纖陀螺的運(yùn)動(dòng)軌跡；2)信號處理單元包括四路放大器和一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，放大器將光纖陀螺的電流信號、零偏信號、轉(zhuǎn)速信號和溫度信號進(jìn)行放大處理，A/D轉(zhuǎn)換器將放大后的四路模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過PCI總線將光纖陀螺的所述信號傳輸給計(jì)算機(jī)；3)計(jì)算機(jī)利用采集卡接收光纖陀螺信號，完成測試數(shù)據(jù)的處理、保存、擬合和顯
7J\ ο所述的轉(zhuǎn)臺設(shè)有頻率和觸發(fā)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)這兩個(gè)參數(shù)，根據(jù)具體測試需要，轉(zhuǎn)臺頻率參考數(shù)值設(shè)置為0. 8Hz，測試周期為20s，在每個(gè)測試周期中觸發(fā)轉(zhuǎn)臺一次，每次觸發(fā)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)參考數(shù)值設(shè)置為8. 0。所述的四路放大器采用差分放大電路分別將四路信號進(jìn)行不同倍數(shù)的放大處理，放大后的四路模擬信號利用16位的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，確保了采集數(shù)據(jù)的精度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的自動(dòng)化測試方法，包括如下步驟1)設(shè)置轉(zhuǎn)臺的頻率為0. 8Hz、觸發(fā)圈數(shù)為8. 0和溫度控制儀的起始溫度_35°C、停止溫度+80°C及溫度上升速率1. 5° /min ；打開計(jì)算機(jī)的測試界面，設(shè)置光纖陀螺編號、開始升溫溫度和存盤路徑；2)將光纖陀螺固定在轉(zhuǎn)臺上，放置液氮逐漸使光纖陀螺降溫，以2. 5KHz的采樣速率對光纖陀螺輸出的靜態(tài)零偏信號、靜態(tài)電流信號、溫度信號以及動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)進(jìn)行采集， 在每個(gè)測試周期內(nèi)得到一組測試數(shù)據(jù)；3)當(dāng)光纖陀螺的溫度降到-30°C時(shí)，給光纖陀螺斷電并且控制轉(zhuǎn)臺停止轉(zhuǎn)動(dòng)，中斷測試，當(dāng)斷電2分鐘或者光纖陀螺的溫度降到_35°C時(shí)，開始給光纖陀螺加熱，斷電5分鐘時(shí)，給光纖陀螺恢復(fù)供電并且恢復(fù)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)，重新以20s為周期繼續(xù)對光纖陀螺輸出的靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流、溫度以及動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)進(jìn)行采集，并將斷電前的測試數(shù)據(jù)和上電后的測試數(shù)據(jù)以圖形的形式實(shí)時(shí)的顯示在同一界面上，同時(shí)保存在存盤路徑中；4)當(dāng)溫度升到+70°C時(shí)，停止給光纖陀螺加熱，繼續(xù)測試兩分鐘后，得到整個(gè)測試過程中的光纖陀螺的靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流和動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)測試數(shù)據(jù)，并將這些測試數(shù)據(jù)分別進(jìn)行擬合，得出光纖陀螺的靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流和動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)的擬合值；5)將光纖陀螺的測試數(shù)據(jù)與其擬合值求差，并用圖形表示出來，顯示整個(gè)測試過程中光纖陀螺靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流和動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)的波動(dòng)大小，測試結(jié)束。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)在光纖陀螺數(shù)據(jù)采集過程中，本發(fā)明由于以20s為一個(gè)測試周期，在每個(gè)測試周期內(nèi)，完成對光纖陀螺靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集，各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集多點(diǎn)，最終得出一個(gè)平均值作為該周期內(nèi)的光纖陀螺數(shù)據(jù)，并且對光纖陀螺的數(shù)據(jù)進(jìn)行了三次擬合，提高了測試數(shù)據(jù)的精度。2)本發(fā)明中溫箱的升溫控制、轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動(dòng)控制、以及光纖陀螺的斷電和上電控制全部在軟件中實(shí)現(xiàn)，光纖陀螺測試數(shù)據(jù)的保存、處理和分析，全部由計(jì)算機(jī)完成，減少了人工操作的復(fù)雜度，提高了測試系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。3)本發(fā)明由于在溫箱和轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì)中，將溫箱轉(zhuǎn)臺頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)設(shè)為可調(diào)節(jié)的，具有與軟件配合的更大靈活性，同時(shí)由于將溫度控制儀的起始溫度、停止溫度和上升速率也設(shè)為可調(diào)的，每次設(shè)置完成之后自動(dòng)保存，使得測試操作簡單易行，并且縮短了測試時(shí)間。4)本發(fā)明中光纖陀螺的測試數(shù)據(jù)和擬合值分別在兩副圖形中顯示，測試結(jié)果顯示直觀。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的原理框圖；圖2是本發(fā)明方法的整體流程圖；圖3是本發(fā)明中單個(gè)測試周期的流程圖；圖4是本發(fā)明方法的測試主界面；圖5是本發(fā)明方法的數(shù)據(jù)擬合界面；
圖6是本發(fā)明測試編號為09361光纖陀螺的測試結(jié)果圖；圖7是本發(fā)明測試編號為09361光纖陀螺數(shù)據(jù)的擬合圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述參照圖1，本發(fā)明的測試系統(tǒng)包括溫箱轉(zhuǎn)臺、信號處理單元和計(jì)算機(jī)三部分。其中溫箱轉(zhuǎn)臺由溫度控制儀和轉(zhuǎn)臺組成，轉(zhuǎn)臺固定在溫度控制儀的上面，用來給光纖陀螺提供一定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，光纖陀螺的輸出電壓值與轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速成正比的關(guān)系，因此采集到的光纖陀螺的電壓大小對應(yīng)著轉(zhuǎn)速的高低，當(dāng)轉(zhuǎn)速呈正弦變化時(shí)，得到的電壓也呈正弦變化，當(dāng)轉(zhuǎn)臺每次觸發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)完成后，求出正弦曲線的面積，從而得出光纖陀螺的刻度系數(shù)，由于加熱電機(jī)發(fā)出的熱量通過轉(zhuǎn)臺傳輸給光纖陀螺，轉(zhuǎn)臺的溫度也就反映出了光纖陀螺的溫度，設(shè)計(jì)中在轉(zhuǎn)臺上固定了一個(gè)溫度傳感器，用來采集光纖陀螺的溫度值，本實(shí)例中的溫度傳感器采用AD590，但不限于此型號，轉(zhuǎn)臺設(shè)有頻率和觸發(fā)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)這兩個(gè)參數(shù)，轉(zhuǎn)臺的頻率控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)一周需要的時(shí)間，觸發(fā)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)決定轉(zhuǎn)臺在單個(gè)測試周期內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，根據(jù)光纖陀螺型號的不同和具體測試要求的不同，可以對這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，本實(shí)例中，轉(zhuǎn)臺頻率數(shù)值設(shè)置為0. 8Hz，測試周期為20s，在每個(gè)測試周期中觸發(fā)轉(zhuǎn)臺一次，每次觸發(fā)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)設(shè)置為8.0圈；溫度控制儀主要由一個(gè)電機(jī)構(gòu)成，完成給光纖陀螺加熱，保證光纖陀螺的溫度能夠從_35°C上升到+70°C，同時(shí)溫度控制儀還能顯示轉(zhuǎn)臺的當(dāng)前溫度值，將該溫度值和光纖陀螺的溫度測試值進(jìn)行比較，能隨時(shí)觀看光纖陀螺的溫度測試值是否正常，此外，溫度控制儀設(shè)有起始溫度、停止溫度和溫度上升速率三個(gè)參數(shù)，起始溫度是一個(gè)參考值，當(dāng)開始加熱時(shí)，這個(gè)數(shù)值會(huì)快速的逼近實(shí)際溫度，停止溫度控制光纖陀螺可以加熱到的最高溫度，溫度上升速率決定整個(gè)升溫過程中光纖陀螺溫度的上升快慢，根據(jù)光纖陀螺型號的不同和具體測試要求的不同，可以對這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，本實(shí)例中，溫度控制儀的起始溫度設(shè)置為_35°C，停止溫度設(shè)置為+80°C，溫度上升速率設(shè)置為1. 5° / min，且只有起始溫度逼近實(shí)際溫度值時(shí)，升溫速度才會(huì)以設(shè)置的速率1.5° /min勻速升信號處理單元，包括光纖陀螺信號的放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和接口控制電路三個(gè)部分， 光纖陀螺信號的放大采用四路差分放大電路實(shí)現(xiàn)，本實(shí)例中的放大器采用四個(gè)差分輸入單端輸出的儀表運(yùn)算放大器AD8221，但不限于此型號，其放大倍數(shù)是由放大器的2管腳與3管腳之間的電阻值大小決定；數(shù)模轉(zhuǎn)換采用16位分辨率，200K以上采樣率的A/D轉(zhuǎn)換器將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，16位分辨率保證了電壓測量的精度，200K以上的采樣率可以滿足高速采集多次平均的需求，由于采用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)中增加一個(gè)模擬開關(guān)， 四路信號分時(shí)復(fù)用，由模擬開關(guān)來選擇輸入被轉(zhuǎn)換的信號，每次選擇一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換；接口控制電路由89C51單片機(jī)發(fā)出加熱和啟動(dòng)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)的控制信號，其中發(fā)出的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)控制信號經(jīng)過光電隔離后輸出給轉(zhuǎn)臺，這樣保證了轉(zhuǎn)臺與產(chǎn)品之間地線的隔離，加熱的控制信號傳輸給溫度控制儀控制光纖陀螺的加熱，光纖陀螺的上電與斷電操作也是通過單片機(jī)發(fā)送高低電平控制。計(jì)算機(jī)與信號處理單元之間采用33MHz時(shí)鐘，32bit的PCI接口總線連接，PCI接口總線數(shù)據(jù)傳輸帶寬大，相同的數(shù)據(jù)量總線占用時(shí)間短，處理機(jī)的利用率高，用采集卡將信光纖陀螺數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，最終將采集過來的光纖陀螺數(shù)據(jù)顯示在計(jì)算機(jī)的顯示器上，并保存在計(jì)算機(jī)中。參照圖2，本發(fā)明的測試包括如下步驟步驟一、設(shè)置參數(shù)。在開始測試光纖陀螺數(shù)據(jù)前，為了滿足測試的需求，必須在兩處設(shè)置好參數(shù)，一處是溫箱參數(shù)的設(shè)置，點(diǎn)擊溫箱轉(zhuǎn)臺左側(cè)主界面的參數(shù)設(shè)置按鍵，根據(jù)軟件的需要，設(shè)置轉(zhuǎn)臺頻率，本實(shí)例設(shè)轉(zhuǎn)臺頻率為0. 8Hz，轉(zhuǎn)臺每次觸發(fā)時(shí)，轉(zhuǎn)臺擺動(dòng)圈數(shù)為8圈，溫度控制儀的起始溫度、停止溫度和溫度上升速率也要進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)需要可以進(jìn)行不同數(shù)值的設(shè)置，本實(shí)例設(shè)置起始溫度為_35°C，停止溫度為+70°C，溫度上升速率為1. 5° /min ；另一處是在打開的測試主界面上輸入光纖陀螺編號、開始升溫溫度和存盤路徑，每個(gè)光纖陀螺的采集數(shù)據(jù)都會(huì)在采集結(jié)束后保存在己選存盤路徑下的一個(gè)txt文檔里，文檔的名字以光纖陀螺的編號和該光纖陀螺開始測試的時(shí)間命名，能夠進(jìn)行長時(shí)間的保存，也方便以后對光纖陀螺數(shù)據(jù)的查看。步驟二、以2. 5. KHz的采樣速率對光纖陀螺輸出的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。將光纖陀螺固定在轉(zhuǎn)臺上，在溫箱上放置好液氮，液氮量的大小根據(jù)光纖陀螺降溫的需要量取，本實(shí)例中要保證光纖陀螺能夠降溫到_30°C，根據(jù)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，在溫箱上放置容量大小為150ml的四杯液氮即可滿足要求，完成好上述所有準(zhǔn)備工作后，開始測量， 測量時(shí)按照每個(gè)周期進(jìn)行。如附圖3所示，在每個(gè)測試周期內(nèi)，用前6s采集光纖陀螺的靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流和溫度值，接下來的IOs測試光纖陀螺的刻度系數(shù)值，用高速采樣率2. 5KHz進(jìn)行陀螺輸出的采樣，每個(gè)測試周期內(nèi)，光纖陀螺的靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流、溫度和刻度系數(shù)分別采集2500個(gè)點(diǎn)，將這四組2500個(gè)點(diǎn)分別求平均值，得到所述的四個(gè)數(shù)據(jù)，分別作為光纖陀螺各項(xiàng)參數(shù)在該周期內(nèi)的數(shù)值。步驟三、中斷測試5分鐘后，開始給光纖陀螺加熱，并恢復(fù)上電，繼續(xù)測試。在測試過程中，軟件一直檢測光纖陀螺的溫度是否到達(dá)開始測試之前設(shè)定好的-30°C，一旦檢測到光纖陀螺的溫度降到-30°C，控制電路發(fā)送一個(gè)低電平給繼電器，繼電器停止給光纖陀螺的供電，并且停止轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)斷電2分鐘或者溫度降到_35°C時(shí)， 啟動(dòng)加熱，是為了在斷電時(shí)間達(dá)到5分鐘的時(shí)候，使得光纖陀螺溫度能夠回升到-30°C左右，盡量保證繼續(xù)測量的光纖陀螺靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流和動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)值與斷電前的測量值連續(xù)，使得后續(xù)的擬合結(jié)果更加精確，當(dāng)斷電5分鐘的時(shí)候，給光纖陀螺恢復(fù)供電并且恢復(fù)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)，重新以20s為周期繼續(xù)對光纖陀螺輸出的靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流、溫度以及動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)進(jìn)行采集，在斷電的5分鐘時(shí)間內(nèi)，只采集和保存光纖陀螺的溫度值；顯示測試數(shù)據(jù)的界面如附圖4所示，由于光纖陀螺的直接參數(shù)并不是查看的主要內(nèi)容，要關(guān)注的是光纖陀螺靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)在整個(gè)測試過程中的波動(dòng)大小，圖如中曲線1、2、3、4分別代表整個(gè)測試過程中光纖陀螺動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)、靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流、溫度的實(shí)時(shí)值與初始值的差值相對于時(shí)間的變化規(guī)律，圖4b中的曲線1、2、3分別代表整個(gè)測試過程中光纖陀螺動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)、靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流的實(shí)時(shí)值和初始值的差值相對于溫度的變化規(guī)律，在圖如和圖4b的左右兩側(cè)顯示的是光纖陀螺各項(xiàng)參數(shù)差值的大小，其中W，mV、 I，mA、T，°C、S，mV八/s分別代表光纖陀螺的靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流、溫度和動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)，存盤路徑下文檔里保存的是光纖陀螺各項(xiàng)數(shù)據(jù)的原始值。步驟四、數(shù)據(jù)擬合。當(dāng)光纖陀螺溫度上升到+70°C時(shí)，為了讓光纖陀螺的測試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，我們設(shè)計(jì)在到達(dá)+70°C時(shí)停止對光纖陀螺的加熱，繼續(xù)保溫兩分鐘并對光纖陀螺數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，兩分鐘后得到整個(gè)測試過程中的光纖陀螺的靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流和動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)測試數(shù)據(jù)，并將這些測試數(shù)據(jù)分別進(jìn)行擬合，擬合公式如下Y1 = aiX^biX^CiX+diy2 = a2x3+b2x2+c2x+d2y3 = a3x3+b3x2+c3x+d3其中χ代表溫度，Y1代表靜態(tài)零偏，B1, bp C1, Cl1分別代表靜態(tài)零偏擬合時(shí)溫度的三階、二階、一階、零階次數(shù)，Y2代表靜態(tài)電流，％、b2、c2、d2分別代表靜態(tài)電流擬合時(shí)溫度的三階、二階、一階、零階次數(shù)，Y3代表刻度系數(shù)，％、b3、c3、d3分別代表刻度系數(shù)擬合時(shí)溫度的三階、二階、一階、零階次數(shù)；擬合后的結(jié)果如附圖5所示，圖fe中的第1、2、3組曲線中的虛線分別代表光纖陀螺的動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)、靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流與各自初始值的差值相對于溫度的變化，第1、2、 3組曲線中的實(shí)線分別代表光纖陀螺的動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)、靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流與各自初始值差值的擬合結(jié)果相對于溫度的變化，圖恥中的1、2、3條曲線分別代表光纖陀螺靜態(tài)電流、 靜態(tài)零偏、動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)擬合前和擬合后的差值大小相對于溫度的變化，圖中的Bias，SF, Isld分別代表光纖陀螺的靜態(tài)零偏、動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)和靜態(tài)電流。步驟六、重現(xiàn)已測光纖陀螺數(shù)據(jù)。如圖4所示，在開始測試光纖陀螺數(shù)據(jù)前，測試主界面有載入文件按鍵，增加此功能的主要作用是將測試過的光纖陀螺數(shù)據(jù)已經(jīng)完整的保存下來，只要有某個(gè)光纖陀螺的測試數(shù)據(jù)，就可以隨時(shí)載入進(jìn)來以圖形的形式對該光纖陀螺數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，以確定其是否達(dá)到要求的性能指標(biāo)，也可以重復(fù)步驟5對其數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理。本發(fā)明的效果可通過以下測試實(shí)例結(jié)果進(jìn)一步說明。1)設(shè)置轉(zhuǎn)臺的頻率為0. 8Hz、觸發(fā)圈數(shù)為8. 0，溫度控制儀的起始溫度_35°C、停止溫度+80°C、溫度上升速率1. 5° /min，打開計(jì)算機(jī)的測試界面，輸入光纖陀螺編號09361、 開始升溫溫度-30°C、存盤路徑D: \dat\ ；2)將編號為的09361光纖陀螺固定在轉(zhuǎn)臺上，在溫箱上放置四杯150ml的液氮，開始對光纖陀螺以20s為一個(gè)周期進(jìn)行測試，每個(gè)測試周期得到一組測試數(shù)據(jù)；3)當(dāng)溫度降到-30°C時(shí)，給光纖陀螺斷電，停止測試除溫度以外的光纖陀螺數(shù)據(jù)， 當(dāng)斷電兩分鐘或者溫度降到_35°C時(shí)，給光纖陀螺開始加熱，當(dāng)斷電5分鐘時(shí)，恢復(fù)光纖陀螺的供電，重新以20s為周期繼續(xù)對光纖陀螺進(jìn)行測試；4)當(dāng)溫度到達(dá)70°C時(shí)，停止光纖陀螺的加熱，繼續(xù)測試數(shù)據(jù)兩分鐘，結(jié)束本次測試，得到如圖6所示的測試結(jié)果，其中圖6a是光纖陀螺的靜態(tài)零偏、動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)、靜態(tài)電流、溫度在整個(gè)測試過程中與初始值的差值相對于時(shí)間的變化，圖6b是光纖陀螺的靜態(tài)零偏、動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)、靜態(tài)電流與初始值差值相對于溫度的變化。由圖6可以看出光纖陀螺斷電五分鐘的控制和啟動(dòng)加熱、恢復(fù)供電，以及最后停止加熱后的兩分鐘測試都與本發(fā)明的設(shè)計(jì)相吻合。
將圖6中所示的光纖陀螺的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到如圖7所示數(shù)據(jù)擬合結(jié)果，其中圖7a中的曲線1、2、3分別顯示光纖陀螺動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)、靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流的擬合結(jié)果， 圖7b中的曲線1、2、3分別顯示出光纖陀螺靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流、動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)擬合前后的差值。由圖7可以看出光纖陀螺靜態(tài)零偏波動(dòng)為0. 051311mV、動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)波動(dòng)為 0. 176379mV/° /s、靜態(tài)電流波動(dòng)為22. 533486，靜態(tài)零偏差值為0. 036585mV、動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)差值為0. 028609mV/° /s、靜態(tài)電流差值為1. 065293,由上述數(shù)值可以得出光纖陀螺在整個(gè)測試過程中各項(xiàng)參數(shù)的波動(dòng)大小在允許范圍之內(nèi)，該光纖陀螺性能達(dá)標(biāo)；綜合以上，本發(fā)明無論在客觀指標(biāo)還是主觀效果上，都表現(xiàn)出了較好的性能，準(zhǔn)確的采集光纖陀螺數(shù)據(jù)的同時(shí)，直觀的將各項(xiàng)參數(shù)以圖形的形式表現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)了高自動(dòng)化的測試系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種光纖陀螺指標(biāo)參數(shù)自動(dòng)化測試系統(tǒng)，包括溫箱轉(zhuǎn)臺、信號處理單元和計(jì)算機(jī)三部分，其特征在于1)溫箱轉(zhuǎn)臺包括溫度控制儀和轉(zhuǎn)臺，溫度控制儀用來給光纖陀螺進(jìn)行加熱，轉(zhuǎn)臺用來給光纖陀螺提供一定角度的擺動(dòng)，獲得光纖陀螺的運(yùn)動(dòng)軌跡；2)信號處理單元包括四路放大器和一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，放大器將光纖陀螺的電流信號、 零偏信號、轉(zhuǎn)速信號和溫度信號進(jìn)行放大處理，A/D轉(zhuǎn)換器將放大后的四路模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過PCI總線將光纖陀螺的所述信號傳輸給計(jì)算機(jī)；3)計(jì)算機(jī)利用采集卡接收光纖陀螺信號，完成測試數(shù)據(jù)的處理、保存、擬合和顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖陀螺指標(biāo)參數(shù)自動(dòng)化測試系統(tǒng)，其特征在于溫度控制儀設(shè)有起始溫度、停止溫度和溫度上升速率三個(gè)參數(shù)，根據(jù)具體的測試需要，溫度控制儀的起始溫度參考數(shù)值設(shè)置為_35°C，停止溫度參考數(shù)值設(shè)置為+80°C，溫度上升速率參考數(shù)值為1.5° /min，且只有起始溫度逼近實(shí)際溫度值時(shí)，升溫速度才會(huì)以設(shè)置的速率1.5° /min 勻速升溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖陀螺指標(biāo)參數(shù)自動(dòng)化測試系統(tǒng)，其特征在于轉(zhuǎn)臺設(shè)有頻率和觸發(fā)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)這兩個(gè)參數(shù)，根據(jù)具體測試需要，轉(zhuǎn)臺頻率參考數(shù)值設(shè)置為 0. 8Hz，測試周期為20s，在每個(gè)測試周期中觸發(fā)轉(zhuǎn)臺一次，每次觸發(fā)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)參考數(shù)值設(shè)置為8.0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖陀螺指標(biāo)參數(shù)自動(dòng)化測試系統(tǒng)，其特征在于四路放大器采用差分放大電路分別將四路信號進(jìn)行不同倍數(shù)的放大處理，放大后的四路模擬信號利用16位的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，確保了采集數(shù)據(jù)的精度。
5.一種光纖陀螺指標(biāo)參數(shù)自動(dòng)化測試方法，包括如下步驟1)設(shè)置轉(zhuǎn)臺的頻率為0.8Hz、觸發(fā)圈數(shù)為8. 0和溫度控制儀的起始溫度_35°C、停止溫度+80°C及溫度上升速率1. 5° /min ；打開計(jì)算機(jī)的測試界面，設(shè)置光纖陀螺編號、開始升溫溫度和存盤路徑；2)將光纖陀螺固定在轉(zhuǎn)臺上，放置液氮逐漸使光纖陀螺降溫，以2.5kHZ的采樣速率對光纖陀螺輸出的靜態(tài)零偏信號、靜態(tài)電流信號、溫度信號以及動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)進(jìn)行采集，在每個(gè)測試周期內(nèi)得到一組測試數(shù)據(jù)；3)當(dāng)光纖陀螺的溫度降到-30°C時(shí)，給光纖陀螺斷電并且控制轉(zhuǎn)臺停止轉(zhuǎn)動(dòng)，中斷測試，當(dāng)斷電2分鐘或者光纖陀螺的溫度降到_35°C時(shí)，開始給光纖陀螺加熱，斷電5分鐘時(shí)， 給光纖陀螺恢復(fù)供電并且恢復(fù)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)，重新以20s為周期繼續(xù)對光纖陀螺輸出的靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流、溫度以及動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)進(jìn)行采集，并將斷電前的測試數(shù)據(jù)和上電后的測試數(shù)據(jù)以圖形的形式實(shí)時(shí)的顯示在同一界面上，同時(shí)保存在存盤路徑中；4)當(dāng)溫度升到+70°C時(shí)，停止給光纖陀螺加熱，繼續(xù)測試兩分鐘后，得到整個(gè)測試過程中的光纖陀螺的靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流和動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)測試數(shù)據(jù)，并將這些測試數(shù)據(jù)分別進(jìn)行擬合，得出光纖陀螺的靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流和動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)的擬合值；5)將光纖陀螺的測試數(shù)據(jù)與其擬合值求差，并用圖形表示出來，顯示整個(gè)測試過程中光纖陀螺靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流和動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)的波動(dòng)大小，測試結(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖陀螺指標(biāo)參數(shù)自動(dòng)化測試方法，其特征在于在每個(gè)20s 的測試周期內(nèi)，用前6s采集光纖陀螺靜態(tài)零偏、靜態(tài)電流和溫度值，接下來IOs控制溫箱轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)8圈，轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束后得到動(dòng)態(tài)刻度系數(shù)值，最后的4s由于處理數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖陀螺指標(biāo)參數(shù)自動(dòng)化測試方法，其特征在于步驟(4) 所述的對測試數(shù)據(jù)分別進(jìn)行擬合，是根據(jù)下列公式進(jìn)行 Y1 = a1x3+b1x2+c1x+d1 Y2 = a2x3+b2x2+c2x+d2 y3 = a3x3+b3x2+c3x+d3其中χ代表溫度，Y1代表靜態(tài)零偏，B1^b1, C1, Cl1分別代表靜態(tài)零偏擬合時(shí)溫度的三階、 二階、一階、零階次數(shù)，I2代表靜態(tài)電流， 、b2、c2、d2分別代表靜態(tài)電流擬合時(shí)溫度的三階、 二階、一階、零階次數(shù)，Y3代表刻度系數(shù)， 、b3、c3、d3分別代表刻度系數(shù)擬合時(shí)溫度的三階、 二階、一階、零階次數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖陀螺指標(biāo)參數(shù)自動(dòng)化測試系統(tǒng)及方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)測試精度低、操作復(fù)雜、測試結(jié)果不直觀和自動(dòng)化程度低的問題。其實(shí)現(xiàn)過程是(1)設(shè)置轉(zhuǎn)臺和溫度控制儀的參數(shù)；(2)放置好液氮，以20s為一個(gè)周期對光纖陀螺的靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行采集；(3)降溫到-30℃時(shí)對光纖陀螺進(jìn)行斷電5分鐘；(3)重新啟動(dòng)測試，將整個(gè)測試過程中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以圖形的形式顯示并保存；(4)對光纖陀螺的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合并顯示擬合結(jié)果。本發(fā)明能得到光纖陀螺精確的測試數(shù)據(jù)，設(shè)備操作簡單易行，減少了人工操作的復(fù)雜度，縮短了測試的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了高自動(dòng)化的測試系統(tǒng)，可用于航空航天領(lǐng)域及飛行器控制系統(tǒng)。
文檔編號G01C25/00GK102353387SQ20111024518
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者初秀琴, 孔聰, 曹陽, 王飛, 范振軍 申請人:西安電子科技大學(xué)