CN101819047B - 一种评测光纤陀螺电源敏感性的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评测光纤陀螺电源敏感性的装置和方法，采用计算机、信号发生器、功率放大电路、线性阻抗稳定网络、电源、耦合网络、示波器和数据采集卡组成的测试装置，首先通过计算机控制信号发生器产生不同类型的信号模拟电源纹波和噪声并记录各类信号信息，再将各类信号耦合至光纤陀螺供电电源线中，同时采集光纤陀螺的输出数据，最后通过分析比较静态即无信号注入时与不同类型、频率的信号注入时，光纤陀螺零偏、零偏稳定性和随即游走系数这几个指标的变化来评测光纤陀螺的电源敏感性。本发明提供的装置和测试方法操作简单，且能准确评价光纤陀螺受电源纹波、噪声影响的程度和频率范围。

Description

一种评测光纤陀螺电源敏感性的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺的电磁兼容性测试的装置和方法，更具体的说，是一种测试电源性能对光纤陀螺影响的装置和方法。

背景技术

光纤陀螺是一种能够精确地确定运动物体的角度的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。

光纤陀螺是一种高精度的传感器，其供电电源性能优劣对光纤陀螺性能有着较为明显的影响，电源中的纹波、噪声等不利因素通过传导、辐射等方式进入光纤陀螺的内部，而电源线传导往往是最主要的影响路径，特别当电源输入滤波设计不合理时这种影响更加明显。零偏、零偏稳定性和随即游走系数是评价光纤陀螺性能的几个重要指标，且容易受光纤陀螺电噪声的影响。目前没有专门检测光纤陀螺供电电源的性能对光纤陀螺影响的装置和方法，且一般的传导敏感度和传导干扰测试方法只简单评价受试仪器在某条件下能否正常使用，对光纤陀螺输出数据缺少有效处理，无法对光纤陀螺供电电源和光纤陀螺电源冗余设计提出合理要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提出一种评测光纤陀螺电源敏感性的装置及方法，以使测试者准确地评测光纤陀螺对电源纹波、噪声等的敏感性，以便于对光纤陀螺供电电源性能和光纤陀螺电源冗余设计提出合理要求。

本发明的评测光纤陀螺电源敏感性的装置，包括计算机，信号发生器，功率放大电路，线性阻抗稳定网络(LISN)、电源，耦合网络、示波器和数据采集卡，计算机的一个通讯口通过RS-232串口与信号发生器通讯口相连，计算机的另一个通讯口通过USB与数据采集卡相连，信号发生器的输出端与功率放大电路的输入端相连，功率放大电路的输出端与耦合网络的一个输入端相连，耦合网络的另一个输入端与线性阻抗稳定网络输出端相连，线性阻抗稳定网络的输入端接电源，被测光纤陀螺的电源输入端与耦合网络的输出端以及示波器表笔相连，被测光纤陀螺的数据输出端通过RS-422串口与数据采集卡相连，所述的电源电压为±5V，纹波≤0.2％，噪声≤0.2％。

上述的信号发生器可以是安捷伦公司的任意波形发生器33220A，用来产生频率、幅值可调的正弦波、锯齿波、白噪声、脉冲信号，模拟供电电源中的纹波及各类噪声。

采用本发明的装置评测光纤陀螺电源敏感性的方法，其步骤如下：

1)开启电源，利用数据采集卡采集被测光纤陀螺的静态输出数据并传至计算机保存；

2)开启信号发生器，由计算机控制信号发生器产生测试信号，设定测试信号类型、频率或频率段、幅值和测试时长，同时保存信号类型、频率或频率段、幅值信息；

3)利用耦合网络将经功率放大的测试信号和来自线性阻抗稳定网络的电压信号进行耦合，输给被测光纤陀螺电源输入端，同时由示波器检测被测光纤陀螺的电源输入端是否得到要求频率和幅值的信号；

4)数据采集卡采集当前光纤陀螺输出数据并上传至计算机；

5)计算机改变设定参数，重复步骤2)-4)直至完成所有要求类型、频率和幅值的测试；

6)通过计算机计算光纤陀螺静态输出数据和不同信号注入下输出数据的零偏B、零偏稳定性Bs、随机游走系数RWC；

7)通过计算机比较光纤陀螺静态输出数据与不同信号注入下输出数据的零偏偏差值Δ_Bn，零偏稳定性偏差值

随机游走系数偏差值Δ_RWC来确定光纤陀螺受电源影响的敏感性，光纤陀螺受电源影响的敏感性应满足Δ_Bn≤α，

Δ_RWC≤α，偏差值α由用户设定，同时显示当前耦合信号的类型、频率或频率段、幅值信息，

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{Bn}}=\left|\frac{B_0-B_n}{B_0}\right|,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·$

其中：B₀-静态时的零偏Bn-不同类型、频率或频率段、幅值信号耦合下的零偏

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{Bsn}}=\left|\frac{B_{s0}-B_{\mathrm{sn}}}{B_{s0}}\right|,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·$

其中：B_s0-静态时的零偏稳定性B_sn-不同类型、频率或频率段、幅值信号耦合下的零偏稳定性

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{RWCn}}=\left|\frac{{\mathrm{RWC}}_0-{\mathrm{RWC}}_n}{{\mathrm{RWC}}_0}\right|,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·$

其中：RWC₀-静态时的随机游走系数RWCn-不同类型、频率或频率段、幅值信号耦合下的随机游走系数。

本发明的优点在于评测电源敏感性的设备搭建方便，操作简单。其对光纤陀螺输出数据的有效处理不仅使测试者直观的得出被测光纤陀螺的电源敏感性的好坏，而且可以从计算机得出光纤陀螺受电源纹波或各类噪声影响的程度和受影响的频率范围，为光纤陀螺供电电源和光纤陀螺电源冗余设计提供实验支持。

附图说明

图1是评测光纤陀螺电源敏感性的装置示意图；

图2是耦合网络示意图，其中a)为信号频率小于200KHz的耦合方式，b)为信号频率在200KHz以上时的耦合方式；

图3是测试流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明的评测光纤陀螺电源敏感性的装置，包括计算机1，信号发生器2，功率放大电路3，线性阻抗稳定网络4、电源5，耦合网络6、示波器7和数据采集卡8，计算机1的一个通讯口通过RS-232串口与信号发生器2通讯口相连，计算机1的另一个通讯口通过USB与数据采集卡8相连，信号发生器2的输出端与功率放大电路3的输入端相连，功率放大电路3的输出端与耦合网络6的一个输入端相连，耦合网络6的另一个输入端与线性阻抗稳定网络4输出端相连，线性阻抗稳定网络4的输入端接电源5，被测光纤陀螺9的电源输入端与耦合网络6的输出端以及示波器7表笔相连，被测光纤陀螺9的数据输出端通过RS-422串口与数据采集卡8相连，所述的电源电压为±5V，纹波≤0.2％，噪声≤0.2％。

所述的信号发生器2可以是安捷伦公司的任意波形发生器33220A，用来产生频率、幅值可调的正弦波、锯齿波、白噪声、脉冲信号，模拟供电电源中的纹波及各类噪声。

所述的电源5可采用蓄电池组。

所述的耦合网络6如图2所示，是通过变压器和电容将经功率放大的测试信号和来自线性阻抗稳定网络4的电压信号进行耦合。当信号频率小于200KHz时用变压器进行直接耦合，经功率放大的测试信号加在变压器L初级，次级一端与电源正极V+相连，另一端与待测光纤陀螺9电源输入端的地相连，用以模拟电源中纹波和差模噪声；当信号频率在200KHz以上时通过电容进行注入，经功率放大的测试信号分成两路，分别加在电容C1和C2的一端，电容C1和C2的另一端分别与正极电源线上和负极电源线相连，模拟电源的共模噪声。

具体测试流程如图3所示：

1)开启电源5，利用数据采集卡8采集被测光纤陀螺9的静态输出数据并传至计算机1保存；

2)开启信号发生器2，由计算机控制信号发生器2产生测试信号，设定测试信号类型、频率或频率段、幅值和测试时长，同时保存信号类型、频率或频率段、幅值信息；

3)利用耦合网络6将经功率放大的测试信号和来自线性阻抗稳定网络4的电压信号进行耦合，输给被测光纤陀螺电源输入端，同时由示波器7检测被测光纤陀螺的电源输入端是否得到要求频率和幅值的信号；

4)数据采集卡8采集当前光纤陀螺输出数据并上传至计算机；

5)计算机改变设定参数，重复步骤2)-4)直至完成所有要求类型、频率和幅值的测试；

6)通过计算机计算光纤陀螺静态输出数据和不同信号注入下输出数据的零偏B、零偏稳定性Bs、随机游走系数RWC；

a.按公式(1)计算零偏B

$B=\frac{1}{K}\·\stackrel{\‾}{F}...\left(1\right)$

其中B-零偏，单位为度每小时(°/h)，K--静态时的标度因数，

-光纤陀螺仪输出量的平均值，

静态时和不同类型、频率或频率段、幅值信号耦合下的零偏为：

{B_n，n＝0，1，2，3......}。

b.按公式(2)计算零偏稳定性Bs

$B_S=\frac{1}{K}{\left[\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(F_i-\stackrel{\‾}{F})}^2\right]}^{\frac{1}{2}}...\left(2\right)$

其中B_s-零偏稳定性，单位为度每小时(°/h)，

F_i：光纤陀螺仪在t_i时刻输出值

静态时和不同类型、频率或频率段、幅值信号耦合下的零偏稳定性为：

$\{B_{S^n},n=\mathrm{0,1,2,3}......\}.$

c.按照国军标光纤陀螺测试方法中归一化计算法计算随即游走系数，得到静态时和不同类型、频率或频率段、幅值信号耦合下的随机游走系数RWC：

{RWC_n，n＝0，1，2，3......}。

7)通过计算机比较光纤陀螺静态输出数据与不同信号注入下输出数据的零偏偏差值Δ_Bn，零偏稳定性偏差值

随机游走系数偏差值Δ_RWC来确定光纤陀螺受电源影响的敏感性，光纤陀螺受电源影响的敏感性应满足Δ_Bn≤α，Δ_RWC≤α，偏差值α由用户设定，同时显示当前耦合信号的类型、频率或频率段、幅值信息，

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{Bn}}=\left|\frac{B_0-B_n}{B_0}\right|,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·$

其中：B₀-静态时的零偏Bn-不同类型、频率或频率段、幅值信号耦合下的零偏

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{Bsn}}=\left|\frac{B_{s0}-B_{\mathrm{sn}}}{B_{s0}}\right|,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·$

其中：B_s0-静态时的零偏稳定性B_sn-不同类型、频率或频率段、幅值信号耦合下的零偏稳定性

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{RWCn}}=\left|\frac{{\mathrm{RWC}}_0-{\mathrm{RWC}}_n}{{\mathrm{RWC}}_0}\right|,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·$

其中：RWC₀-静态时的随机游走系数RWCn-不同类型、频率或频率段、幅值信号耦合下的随机游走系数。

Claims (3)

1.一种评测光纤陀螺电源敏感性的装置，其特征在于包括计算机(1)，信号发生器(2)，功率放大电路(3)，线性阻抗稳定网络(4)、电源(5)，耦合网络(6)、示波器(7)和数据采集卡(8)，计算机(1)的一个通讯口通过RS-232串口与信号发生器(2)通讯口相连，计算机(1)的另一个通讯口通过USB与数据采集卡(8)相连，信号发生器(2)的输出端与功率放大电路(3)的输入端相连，功率放大电路(3)的输出端与耦合网络(6)的一个输入端相连，耦合网络(6)的另一个输入端与线性阻抗稳定网络(4)输出端相连，线性阻抗稳定网络(4)的输入端接电源(5)，被测光纤陀螺(9)的电源输入端与耦合网络(6)的输出端以及示波器(7)表笔相连，被测光纤陀螺(9)的数据输出端通过RS-422串口与数据采集卡(8)相连，所述的电源电压为±5V，纹波≤0.2％，噪声≤0.2％。

2.根据权利要求1所述的评测光纤陀螺电源敏感性的装置，其特征在于信号发生器(2)为任意波形发生器33220A。

3.采用权利要求1所述的装置评测光纤陀螺电源敏感性的方法，其特征在于步骤如下：

1)开启电源(5)，利用数据采集卡(8)采集被测光纤陀螺(9)的静态输出数据并传至计算机(1)保存；

2)开启信号发生器(2)，由计算机控制信号发生器(2)产生测试信号，设定测试信号类型、频率或频率段、幅值和测试时长，同时保存信号类型、频率或频率段、幅值信息；

3)利用耦合网络(6)将经功率放大的测试信号和来自线性阻抗稳定网络(4)的电压信号进行耦合，输给被测光纤陀螺电源输入端，同时由示波器(7)检测被测光纤陀螺的电源输入端是否得到要求频率和幅值的信号；

4)数据采集卡(8)采集当前光纤陀螺输出数据并上传至计算机；

5)计算机改变设定参数，重复步骤2)-4)直至完成所有要求类型、频率和幅值的测试；

6)通过计算机计算光纤陀螺静态输出数据和不同信号注入下输出数据的零偏B、零偏稳定性Bs、随机游走系数RWC；

7)通过计算机比较光纤陀螺静态输出数据与不同信号注入下输出数据的零偏偏差值Δ_Bn，零偏稳定性偏差值 

随机游走系数偏差值Δ_RWC来确定光纤陀螺受电源影响的敏感性，光纤陀螺受电源影响的敏感性应满足Δ_Bn≤α，

Δ_RWC≤α，偏差值α由用户设定，同时显示当前耦合信号的类型、频率或频率段、幅值信息，

其中：B₀-静态时的零偏Bn-不同类型、频率或频率段、幅值信号耦合下的零偏

其中：B_s0-静态时的零偏稳定性B_sn-不同类型、频率或频率段、幅值信号耦合下的零偏稳定性

其中：RWC₀-静态时的随机游走系数RWCn-不同类型、频率或频率段、幅值信号耦合下的随机游走系数。

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