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一種加速度計測試裝置及測試方法

文檔序號:5904919閱讀:241來源:國知局
專利名稱:一種加速度計測試裝置及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種儀器的測試方法以及應(yīng)用該測試方法的裝置,更具體地涉及一種對加速度計的動態(tài)特性進(jìn)行一體化測試的裝置和方法。
背景技術(shù)
加速度計是用來測量運載體加速度值的高精度敏感慣性傳感器,其性能直接影響高精度定位定向系統(tǒng)的作用,因此在生產(chǎn)過程中,需要對加速度計表頭的各項動態(tài)特性進(jìn)行測試,以便將其與相應(yīng)的伺服電路精確匹配。目前,普遍采用傳統(tǒng)儀器構(gòu)成的測試裝置對加速度計進(jìn)行測試,采用分立儀器搭建測試系統(tǒng),且以人工測量為主,測試時間長、測試誤差大、測試結(jié)果可重復(fù)性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有方法之不足,提供一種加速度計的自動綜合測試裝置及其測試方法,系統(tǒng)構(gòu)成簡單、測試速度快、可靠性高。本發(fā)明實現(xiàn)方式如下一種加速度計測試裝置,包括計算機、接口卡、GPIB總線、伺服電路、多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表、信號調(diào)理器,其中多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表與GPIB總線和信號調(diào)理器分別連接,接口卡連接計算機與GPIB總線,用于實現(xiàn)測試儀器、計算機之間的通信,多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表通過信號調(diào)理器連接加速度計與伺服電路,多路轉(zhuǎn)換單元用于實現(xiàn)電路切換控制,信號調(diào)理器用于產(chǎn)生所需的激勵信號和參考信號。所述的計算機裝載顯示模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、測試控制模塊和輸出模塊,其中上述模塊的控制和管理由主程序控制模塊進(jìn)行。一種應(yīng)用上述加速度計測試裝置的測試方法,包括以下步驟第一步,啟動所述加速度計測試裝置,進(jìn)行基本測試參數(shù)設(shè)置等初始化工作;第二步,選擇所述加速度計測試裝置進(jìn)行手動測試或自動測試;第三步,根據(jù)上一步的測試選擇,由主程序控制模塊調(diào)度測試控制模塊采用手動測試或自動測試對加速度計的參數(shù)進(jìn)行測試;第四步,對加速度計與伺服電路的匹配和調(diào)試;第五步,輸出測試結(jié)果,并對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和處理。所述測試項目包括,諧振峰值、帶寬、超調(diào)量、噪聲、三角波功能測試和伺服電路穩(wěn)壓性能等實現(xiàn)加速度計的篩選和匹配所需的測試。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,提供了一種迅速、可靠的加速度計測試裝置及方法,縮短了測試所需的時間,對加速度計多個參數(shù)按照設(shè)定的條件自動測試和匹配,并且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、傳輸、保存、處理和分析,大大提高了加速度計測試的自動化水平,同時具有較強的通用性和可擴(kuò)展性。


圖I是本發(fā)明的測試裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明測試裝置中計算機的功能模塊示意圖。圖3是本發(fā)明測試方法的流程圖。圖4是按照本發(fā)明的測試方法測試帶寬參數(shù)的流程圖。圖5是按照本發(fā)明的測試方法測試諧振峰值參數(shù)的流程圖。 附圖標(biāo)記說明I加速度計表頭2信號調(diào)理器3伺服電路4多路轉(zhuǎn)換單元5函數(shù)發(fā)生器6示波器7數(shù)字電壓表8GPIB總線9接口卡10計算機
具體實施例方式圖I所示為本發(fā)明的測試裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖,包括加速度計I、信號調(diào)理器2、伺服電路3、多路轉(zhuǎn)換單元4、函數(shù)發(fā)生器5、示波器6、數(shù)字電壓表7、GPIB總線8、接口卡9和計算機10。將加速度計I水平放置在工件支架上,并通過信號調(diào)理器2內(nèi)的信號調(diào)理電路與伺服電路3連接;取4條GPIB總線8,分別將函數(shù)函數(shù)發(fā)生器5、數(shù)字示波器6、數(shù)字電壓表7與接口卡9連接;接口卡9通過連接線與計算機10進(jìn)行連接,實現(xiàn)測試儀器、計算機之間的通信。多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表通過信號調(diào)理器連接加速度計與伺服電路,多路轉(zhuǎn)換單元用于實現(xiàn)電路切換控制,信號調(diào)理器用于產(chǎn)生所需的激勵信號和參考信號。其中,接口卡9通過GPIB數(shù)據(jù)總線與計算機、函數(shù)發(fā)生器、測試儀器之間通信。各測試儀器與GPIB總線連接,實現(xiàn)以下三種功能之一①接受數(shù)據(jù);②發(fā)送數(shù)據(jù);③控制總線上的所有儀器的數(shù)據(jù)交換,該功能通常由計算機實現(xiàn)。如圖2所示為測試裝置中計算機的功能模塊示意圖,其中裝載有顯示模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、測試控制模塊和輸出模塊,其中上述模塊的控制和管理由主程序控制模塊進(jìn)行。其中,顯示模塊包括異常監(jiān)控報警模塊、測試結(jié)果顯示模塊、程序界面顯示模塊、測試功能顯示模塊和儀器狀態(tài)顯示模塊,數(shù)據(jù)管理模塊包括測試數(shù)據(jù)處理和測試數(shù)據(jù)查詢模塊,測試控制模塊包含功能測試模塊、諧振峰模塊、帶寬測試模塊、超調(diào)測試模塊、噪聲測試模塊、三角波測試模塊和伺服電路穩(wěn)壓測試模塊。在對加速度計各項參數(shù)進(jìn)行測量的過程中,由主程序控制模塊調(diào)度測試控制模塊對加速度計進(jìn)行手動測試或自動測試。測試參數(shù)包括,諧振峰值、帶寬、超調(diào)量、噪聲、三角波、功能和伺服電路穩(wěn)壓性能等測試項目。如圖3所示為本發(fā)明測試方法的流程圖。該方法的步驟為第一步,啟動測試儀器,運行測試程序,查看各儀器連接是否正常,操作者可以自行設(shè)置或選擇默認(rèn)設(shè)置儀器,完成基本儀器測試控制參數(shù)的設(shè)置等系統(tǒng)初始化工作。第二步,選擇手動測試或自動測試,如選擇手動測試,可以對加速度計各項參數(shù)分別進(jìn)行單項或組合測試;如選擇自動測試,則采用多路轉(zhuǎn)換單元、信號調(diào)理器、函數(shù)發(fā)生器實時采集、處理、分析、篩選、顯示、分析和自動判斷輸出是否滿足預(yù)設(shè)條件。第三步,根據(jù)上一步的測試選擇,由主程序控制模塊調(diào)度測試控制模塊對加速度計進(jìn)行手動測試或自動測試。測試參數(shù)包括,諧振峰值、帶寬、超調(diào)量、噪聲、三角波、功能測試和伺服電路穩(wěn)壓性能等測試項目。在該步驟中,首先切換到多路轉(zhuǎn)換單元的通道2,然后利用信號調(diào)理器實現(xiàn) 選擇,繼而采用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生頻率信號,接著切換到多路轉(zhuǎn)換單元的通道1,再次利用信號調(diào)理器實現(xiàn)選擇,根據(jù)針對不同參數(shù)測試設(shè)置的條件對數(shù)字電壓表測試的加速度計的輸出信號是否滿足預(yù)設(shè)參數(shù)條件自動進(jìn)行判斷。該步驟過程中通過系統(tǒng)的容錯性能避免了由于用戶操作失誤導(dǎo)致的數(shù)據(jù)測量不完整和不準(zhǔn)確的問題。圖4和圖5所示分別帶寬和諧振峰值參數(shù)的測試流程。如圖4所示,在測試帶寬參數(shù)時,由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生正弦擾動信號,信號保持幅值為I、頻率為零,加載于伺服電路,系統(tǒng)自動采集此時系統(tǒng)輸出M(O),其中,M(O)為加速度計上次頻率信號為0時輸出,M(co)為本次頻率信號為Co時輸出。按照先采樣點數(shù)少,后
采樣點數(shù)多的原則,增加頻率使系統(tǒng)輸出M(%)= + M(0) 0.707 M(0),%即為系統(tǒng)的
帶寬頻率。,正弦信號頻率具體設(shè)定值應(yīng)遵循以下原則可以先以200Hz量值均勻增加量,
即采樣點數(shù)少,至系統(tǒng)輸出低于;^ M(O),此時頻率為CO2tltl;然后使正弦擾動信號頻率從
( ■-200),以50Hz變化量均勻增加,即增加采樣點數(shù),按照同樣方法,遞減變化量值,即可得到系統(tǒng)帶寬頻率如圖5所示,在測試諧振峰值參數(shù)時,由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生正弦擾動信號,幅值為IV,從低頻到高頻加于加速度計電路,系統(tǒng)自動采集此時系統(tǒng)輸出,并完成比較,直到輸出為最大值,且滿足:M( p) = Mfflax, cop即為諧振頻率。其中,通過公式(I)、⑵計算系統(tǒng)模型方程阻尼比、無阻尼自然頻率。MK) = ^=T...............................................................⑴(op = 0)n^l ~2^2 ................................................................ (2)上述公式中,M( p)為測得系統(tǒng)的諧振峰值,I為系統(tǒng)模型方程阻尼比,為系統(tǒng)的峰值頻率,為系統(tǒng)模型方程無阻尼自然頻率。在圖5中,MO')為加速度計上一次頻率信號為《 '時的輸出,而MO")為本次頻率信號為時輸出。頻率間隔選取的原則是在低頻段和高頻段選取可以大些,即采樣點數(shù)少,找到轉(zhuǎn)折頻率;在轉(zhuǎn)折頻率處設(shè)置較小的時間間隔,即采樣點多。由于系統(tǒng)諧振頻率的存在,在諧振點附近區(qū)域應(yīng)降低擾動電壓的幅值。其中,通過對多次測試數(shù)據(jù)分析,正弦信號幅值最好按照以下規(guī)則進(jìn)行設(shè)定小于IOOHz時,取IV ; IOOHz到400Hz,取0. 7V ;大于400HZ,取1.6V。然后,設(shè)置正弦擾動信號幅值為IV,頻率為諧振頻率Wp,得到系統(tǒng)的諧振峰值M( p)。測試控制模塊還用來測試超調(diào)量、三角波、噪聲、功能測試和伺服電路穩(wěn)壓性能等其他參數(shù)。以測試超調(diào)量參數(shù)為例,由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生方波信號,以代替單位階躍信號作為擾動輸入加速度計,自動通過示波器測試加速度計的超調(diào)量。第四步,對加速度計與伺服電路的匹配和調(diào)試,整個測試完成,彈出自動測試完成對話框,并在測試界面給出本次匹配篩選測試結(jié)果描述。如果所有指標(biāo)符合,測試結(jié)果以綠色字體;有指標(biāo)不符合,以紅色字體顯示;測試過程中出現(xiàn)異常情況,則本次測試終止,并給出提示。測試結(jié)果自動保存。第五步,由主程序控制模塊控制輸出模塊,輸出測試結(jié)果的匯總表,并完成數(shù)據(jù)打??;主程序控制模塊控制數(shù)據(jù)管理模塊,可以對所有加速度計的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和處理。本發(fā)明采用的測試裝置及方法構(gòu)建了模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的測試系統(tǒng),避免了測試篩選過程中分立儀器的搭建,儀器設(shè)置由計算機進(jìn)行自動控制,該測試系統(tǒng)實現(xiàn)了高度自動化、快速、高可靠性的加速度計測量,具有較強的通用性和擴(kuò)展性,有益于加速度計生產(chǎn)工藝的過程控制。此外,由于在測試篩選過程中減少了人工操作,由系統(tǒng)控制產(chǎn)生所需的激勵信號和參考信號,能夠精確到IHz以上,且在測試過程中,信號采集精度為8位,因此整個測試系統(tǒng)具有較高的測試精度。
將加速度計表頭與伺服電路自動測試篩選以及數(shù)掘采集、處理能同步實現(xiàn),簡化了測試流程;測試結(jié)果無需手工記錄,將數(shù)掘自動保存為數(shù)據(jù)庫,并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出與存儲,因此,整個測試系統(tǒng)具有較高的自動化水平。由于設(shè)計了可視化的操作界面,實現(xiàn)了測試結(jié)果的實時顯示;測試過程中,系統(tǒng)能夠自動監(jiān)測運行情況,對不符合要求的測試數(shù)據(jù)自動報警提示測試人員進(jìn)行處置,因此,整個測試系統(tǒng)具有較高的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種加速度計測試裝置,其特征在于,所述測試裝置包括計算機、接口卡、GPIB總線、伺服電路、多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表、信號調(diào)理器,其中多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表與GPIB總線和信號調(diào)理器分別連接,接口卡連接計算機與GPIB總線,多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表通過信號調(diào)理器包連接加速度計與伺服電路,其中多路轉(zhuǎn)換單元用于實現(xiàn)電路切換控制,信號調(diào)理器含采集模塊、限流模塊、濾波電路,用于產(chǎn)生所需的激勵信號和參考信號。所述的計算機裝載顯示模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、測試控制模塊和輸出模塊,以及用于對上述模塊進(jìn)行管理和控制的主程序控制|吳塊。
2.如權(quán)利要求I所述的加速度計測試裝置,其特征在于,所述的顯示模塊包括異常監(jiān)控報警模塊、測試結(jié)果顯示模塊、程序界面顯示模塊、測試功能顯示模塊和儀器狀態(tài)顯示模塊,數(shù)據(jù)管理模塊包括測試數(shù)據(jù)處理和測試數(shù)掘查詢模塊,測試控制模塊包含功能測試模塊、諧振峰模塊、帶寬測試模塊、超調(diào)測試模塊、噪聲測試模塊、三角波測試模塊和伺服電路穩(wěn)壓性能測試模塊。
3.一種應(yīng)用權(quán)利要求I所述的測試裝置對加速度計進(jìn)行測試的方法,其特征在于,包括以下步驟第一步,啟動所述加速度計測試裝置,進(jìn)行初始化;第二步,選擇所述加速度計測試裝置進(jìn)行手動測試或自動測試;第三步,根掘上一步的測試選擇,由主程序控制模塊調(diào)度測試控制模塊采用手動測試或自動測試對加速度計的參數(shù)進(jìn)行測試;第四步,對加速度計與伺服電路進(jìn)行匹配和調(diào)試;第五步,輸出測試結(jié)果,并對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測試方法,其特征在于,所述加速度計的測試參數(shù)包括,諧振峰值、帶寬、超調(diào)量、噪聲、三角波、功能測試和伺服電路穩(wěn)壓性能測試。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種加速度計的測試裝置及測試方法,所述測試裝置及方法同步實現(xiàn)了加速度計的篩選測試、數(shù)據(jù)采集及處理,能夠快速、自動、高精度、高可靠性地完成加速度計的測試,提高了加速度計生產(chǎn)過程控制的自動化水平。
文檔編號G01P21/00GK102621349SQ201110457440
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者周峰, 張寧, 段鈞寶, 鄧軍, 郭琳瑞, 顧文華, 顧英 申請人:航天科工慣性技術(shù)有限公司
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