CN103115630A

CN103115630A - 批量微机械陀螺测试装置

Info

Publication number: CN103115630A
Application number: CN2013100328280A
Authority: CN
Inventors: 刘显学; 官承秋; 唐海林; 周浩
Original assignee: Institute of Electronic Engineering of CAEP
Current assignee: Institute of Electronic Engineering of CAEP
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: CN103115630B

Abstract

本发明提供了一种批量微机械陀螺测试装置，所述测试装置包括上下两层圆台、数根圆柱形支撑柱、圆柱空腔、电路板。上层圆台包括数根“F”形测试电路板固定条，下层圆台包括数根“F”形测试电路板固定条以及安装锚点。圆柱空腔包括上下两个半空腔，其顶面和侧面分别设有通道开关、电源接口、主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口。电路板包括数块测试电路板和一块主电路板。测试电路板固定在上下两层圆台“F”形固定条上，上下两层圆台通过数根圆柱形支撑柱连接，圆柱空腔嵌入双层圆台中央通孔中，主电路板置于圆柱空腔内部。本发明的批量微机械陀螺测试装置适用于小批量测试微机械陀螺，适合小批量微机械陀螺生产中的性能测试和筛选场合。

Description

批量微机械陀螺测试装置

技术领域

本发明属于微机械陀螺测试装置技术领域，具体涉及一种批量微机械陀螺测试装置。

背景技术

微机械陀螺的生产主要采用微机械加工和真空封装，在整个生产环节存在着诸多误差影响微机械陀螺的性能，如：残余应力、刚度耦合、阻尼耦合、驱动和检测轴不对称等结构误差。同时真空封转气密性好坏也影响到微机械陀螺的性能。因此，在微机械陀螺的研制过程中就必须进行性能参数的测试与筛选。

目前国际上已经研发出了一些有价值的微陀螺测试设备。如Veeco公司的MEMS3500，但此类固定安装的专用设备，价格昂贵，不适用于工艺试验或小批量研制等场合。名称为“一种双轴转台的MEMS陀螺测试系统”的实用新型（申请号为： 201020181149.1）公开了一种MEMS陀螺测试系统，该系统将带高低温箱的双轴转台和MEMS陀螺传感器测试单元结合起来，组成一种全自动的MEMS陀螺综合测试系统。该方案每次仅能进行单只芯片的测试，测试效率明显较低。

发明内容

为了克服现有技术中的微机械陀螺测试系统测试效率低，每次仅能测试单只芯片的不足，本发明提供一种批量微机械陀螺测试装置，本发明能够安装在陀螺测试转台上，并完成对小批量的微机械陀螺性能测试。通过Zigbee无线通信模块可以将测试数据自主上传到PC机。

本发明的批量微机械陀螺测试装置，其特点是，所述的测试装置包括上层圆台、下层圆台、数根圆柱形支撑柱、圆柱空腔、电路板；其连接关系是，所述上层圆台和下层圆台均对应设置有同直径的中央通孔；所述电路板包括一块主电路板和数块测试电路板，主电路板含有处理器、ADC芯片、用于为主电路板和测试电路板供电的供电模块、用于与PC机进行通信的Zigbee无线通信模块，所述的测试电路板上设置有用于信号输出格式选择的三选开关、驱动检测电路、一个从串口、一个从CAN接口和一组从模拟信号接口；上层圆台包括数根用于固定测试电路板的“F”形固定条，下层圆台包括数根用于固定测试电路板的“F”形固定条，下层圆台底面还设置有四个安装锚点，所述的“F”型固定条上设置有用于固定测试电路板的固定螺孔；圆柱空腔包括上半空腔、下半空腔，上半空腔的顶面设置有通道开关、侧面设置有主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口；下半空腔的下顶面设置有电源接口、侧面设置有主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口；上层圆台与下层圆台通过数根圆柱形支撑柱活动连接；主电路板置于圆柱空腔内部，圆柱空腔设置的通道开关、主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口、电源接口均分别与主电路板连接；数个测试电路板通过固定螺孔分别固定在上层圆台、下层圆台的“F”形固定条上，测试电路板上的从串口、从CAN总线接口、从模拟信号接口均分别于圆柱空腔的主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口连接；圆柱空腔嵌入上层圆台、下层圆台的中央通孔中。

所述的上半空腔顶面设置有16~32个通道开关，侧面设置有8~16个主串口、8~16个主CAN总线接口、8~16组主模拟信号接口。

所述的下半空腔底面设置有一个电源接口，侧面设置有8~16个主串口、8~16个主CAN总线接口、8~16组主模拟信号接口。

所述的上层圆台与下层圆台面上设置的“F”形固定条的数量相同。

所述的上层圆台、下层圆台面上设置的“F”形固定条的数量总和与上半空腔设置的通道开关数量对应设置。

所述的上层圆台、下层圆台面上设置的“F”形固定条的数量为8~16个。

所述的支撑柱数量为4~8个。

所述的测试电路板数量与“F”形固定条的数量总和对应设置。

所述的测试电路板上的从串口、从CAN总线接口、从模拟信号接口数量与主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口数量对应设置。

所述的上层圆台、下层圆台和支撑柱的材质采用金属铝。

本发明的批量微机械陀螺测试装置的上下两层圆台通过数根圆形支柱连接在一起，可以自由拆分，每层圆台上设计有数根“F”形测试电路板固定条，每根固定条上有固定螺孔，用于固定不同大小的测试电路板，下层圆台设计有装置安装锚点，用于将整个测试装置安装在陀螺测试转台上。所述的主电路板上采用ARM系列高性能单片机设计的处理器，使整个测试装置更加稳定、可靠；Zigbee无线通信模块实时将数据发送至PC机，减少了额外线缆连接，在模拟信号测试情况下，减少了陀螺测试转台集流环、传输线缆上的传输损耗；24位高精度ADC芯片使采集数据更加精准。

本发明的批量微机械陀螺测试装置能够安装在陀螺测试转台上完成微机械陀螺的性能参数测定和微机械陀螺的筛选。每次测试多只陀螺芯片，效率明显提高。

附图说明

图1为本发明的批量微机械陀螺测试装置的爆炸示图；

图2为本发明的批量微机械陀螺测试装置的仰视视图；

图3为本发明中的主电路板原理框图；

图4为本发明中的测试电路板的原理框图；

图5为本发明工作流程图；

图中，1.上层圆台 2.上半空腔 3.下层圆台 4.通道开关 5.“F”形固定条 6.固定螺孔 7.主模拟信号接口 8.主CAN总线接口 9.支撑柱 10.安装锚点 11.主串口 12.下半空腔 13.电源接口 14.处理器 15.ADC芯片 16.供电模块 17.Zigbee无线通信模块 18.主电路板 19.测试电路板 20.驱动检测电路 21.微机械陀螺插座 22.三选开关 23.从CAN总线接口 24.从串口 25.从模拟信号接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

图1为本发明的批量微机械陀螺测试装置爆炸示图，图2为本发明的批量微机械陀螺测试装置仰视视图，图3为本发明中的主电路板原理框图，图4为本发明中的测试电路板的原理框图。在图1~图4中，本发明的一种批量微机械陀螺测试装置，包括上层圆台1、下层圆台3、数根圆柱形支撑柱、圆柱空腔、电路板; 其连接关系是，所述上层圆台1和下层圆台3均对应设置有同直径的中央通孔；所述电路板包括一块主电路板18和数块测试电路板，主电路板18含有处理器14、ADC芯片15、用于为主电路板18和测试电路板供电的供电模块16、用于与PC机进行通信的Zigbee无线通信模块17，所述的测试电路板上设置有用于信号输出格式选择的三选开关、驱动检测电路、一个从串口、一个从CAN接口和一组从模拟信号接口；上层圆台1包括数根用于固定测试电路板的“F”形固定条，下层圆台3包括数根用于固定测试电路板的“F”形固定条，下层圆台3底面还设置有四个安装锚点，所述的“F”型固定条上设置有用于固定测试电路板的固定螺孔；圆柱空腔包括上半空腔2、下半空腔12，上半空腔2的顶面设置有通道开关、侧面设置有主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口；下半空腔12的下顶面设置有电源接口13、侧面设置有主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口；上层圆台1与下层圆台3通过数根圆柱形支撑柱活动连接；主电路板18置于圆柱空腔内部，圆柱空腔设置的通道开关、主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口、电源接口13均分别与主电路板18连接；数个测试电路板通过固定螺孔分别固定在上层圆台1、下层圆台3的“F”形固定条上，测试电路板上的从串口、从CAN总线接口、从模拟信号接口均分别于圆柱空腔的主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口连接；圆柱空腔嵌入上层圆台1、下层圆台3的中央通孔中。

本实施例中，上半空腔2顶面设置有十六个通道开关，通道开关4是其中一个。侧面设置有八个主串口，主串口11是其中一个。设置有八个主CAN总线接口，主CAN总线接口8是其中一个。设置有八组主模拟信号接口，主模拟信号接口7是其中一组。

所述的下半空腔12下顶面设置有一个电源接口13，侧面设置有八个主串口，设置有八个主CAN总线接口，设置有八组主模拟信号接口。

所述的上层圆台1与下层圆台3面上设置的“F”形固定条的数量相同，“F”形固定条5是上层圆台1面上的其中一个，上圆台1、下层圆台3面上设置的“F”形固定条的数量均为八个，上层圆台1和下层圆台（3）设置的“F”形固定条数量总和为十六个，与上半空腔2的通道开关数量对应设置。

所述的“F”形固定条上有六个固定螺孔，固定螺孔6是其中一个。

所述的测试电路板数量为十六块，数量与“F”形固定条的数量对应设置。测试电路板19是其中之一，如图4所示，测试电路板19包括微机械陀螺插座21，驱动检测电路20，一个从模拟信号接口25，一个从串口24，一个从CAN总线接口23，一个三选开关22。

所述的支撑柱设置的数量为八个，支撑柱9是其中一个。

所述的上层圆台1、下层圆台3和支撑柱的材质采用金属铝。

本发明中，如图1所示，上层圆台1和下层圆台3是本发明的重要组成部分，主要是为了固定测试电路板，上层圆台1和下层圆台3分别可以固定八块测试电路板，因此每一次测试最多可以完成十六只微机械陀螺的测试。由于塑料的稳定性，加工成本高，易老化等不足，上层圆台1和下层圆台3采用的设计材质为金属铝。上层圆台1和下层圆台3分别设置有八根“F”形固定条，每根“F”形固定条上有六个固定螺孔，这样设置的好处在于可以根据测试板的大小选择固定螺孔，增加了本发明的适用范围。下层圆台3设置有四个安装锚点，安装锚点10是其中一个，安装锚点用于将本发明的装置安装在陀螺测试转台上。上层圆台1和下层圆台3通过八根圆柱支柱活动连接起来，便于使用过程中的拆卸。

为了适应少于十六只陀螺测试的情况，圆柱空腔的上半空腔2顶面有十六个通道开关，用于每个测试电路板的电源开关，需要使用哪个测试电路板即可打开对应通道开关进行测试。为了适应不同数据格式的测试情况，分别在圆柱空腔的上半空腔2和下半空腔12的侧面设置有八个主串口，八个主CAN总线接口，八组主模拟信号接口。

如图2所示，在下半空腔2下顶面设置有一个电源接头13，该电源接头13是本发明的总电源接入口。

如图3所示，主电路板18包括处理器14、ADC芯片15、供电模块16、Zigbee无线通信模块。处理器14采用ARM系列单片机，ARM系列单片机自带CAN总线控制器，可以很方便的操作CAN通信，这样减少了外围电路成本。ADC芯片15采用TI公司生产的24位高精度ADC芯片，在被测试的微机械陀螺输出信号为模拟信号的情况下，直接将模拟信号接口输入的模拟信号数字化，然后送至处理器14进行数据的处理和保存。供电模块16用于为主电路板18和测试电路板供电。在被测试的微机械陀螺输出信号为数字信号情况下，处理器14能够通过主串口或者主CAN总线接口进行接收。所接收到得数据将实时通过Zigbee无线通信模块17发送至PC机。

如图4所示，为了方便测试，每次测试只需要将被测微机械陀螺插入对应测试电路板上的微机械陀螺插座21上。同时为了便于不同信号输出格式的微机械陀螺测试，每块测试电路板都设置有三种不同格式的信号输出接口。本实施例中的测试电路板19中，可以使用三选开关22来进行选择，三个档位分别代表模拟信号、串口信号、CAN总线信号三种格式的信号输出。根据三选开关22的不同选择，驱动检测电路20会自动识别所选的信号输出格式，并做出相应的调整：在测试自行研制的真空封装之后的微机械陀螺情况下，需要将三选开关22选择在CAN总线信号格式档位，此时驱动检测电路20将自主的对被测微机械陀螺供电，并施加驱动信号，同时对输出信号进行检测，通过从CAN总线接口23将检测所得数据信号发送出去。在测试成品微机械陀螺时，需要将三选开关选择在模拟信号格式档位或串口信号格式档位，此时驱动检测电路对被测微机械陀螺供电，并直接将输出信号接入从模拟信号接口25或者从串口24，不会施加驱动信号和对信号进行检测处理，从串口24、从CAN总线接口23、从模拟信号接口25均分别与空腔上对应的主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口通过电缆相连接，以此来将测试电路板的信号传输给主电路板18。

图5为本发明工作流程图，如图5所示，本发明的批量微机械陀螺测试装置的工作流程为：首先执行步骤100，将本发明的测试装置通过安装锚点安装在陀螺测试转台上，将被测的微机械陀螺通过固定螺孔固定在“F”型安装条上，用螺丝固定好，通过三选开关选择信号输出模式后，打开通道开关。然后执行步骤101，系统开始自检，如果自检发生错误，将执行步骤103，报警提示。自检通过之后，将执行步骤102，开始扫描本次测试打开的通道情况，然后进入步骤104，等待信号中断，若发生中断，则进入步骤105进行判断中断类别，若为模拟输入中断，则进入步骤106打开ADC芯片15进行数模转换，在进入步骤109进行接收数据。若为串口中断则打开串口控制器，然后进入步骤109进行接收数据。若为CAN输入中断，则打开CAN控制器，然后进入步骤109进行接收数据。接收数据之后立即执行步骤110，将数据传至Zigbee无线通信模块17，然后执行步骤111，Zigbee无线通信模块17及时将数据发送至PC机。

本实施例中的图1为本发明的批量微机械陀螺测试装置的爆炸示图，展示本发明装置的整体结构。

实施例2

本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是，本实施例中，设置的上层圆台1面上的“F”形固定条数量为十六，下层圆台面上的“F”形固定条数量为十六。上半空腔2顶面设置有三十二个通道开关，侧面设置有十六个主串口、十六个主CAN总线接口、十六组主模拟信号接口。下半空腔12侧面设置有十六个主串口、十六个主CAN总线接口、十六组主模拟信号接口。设置的测试电路板数量为三十二块。

Claims

1.一种批量微机械陀螺测试装置，其特征在于：所述的测试装置包括上层圆台（1）、下层圆台（3）、数根圆柱形支撑柱、圆柱空腔、电路板; 其连接关系是，所述上层圆台（1）和下层圆台（3）均对应设置有同直径的中央通孔；所述电路板包括一块主电路板（18）和数块测试电路板，主电路板（18）含有处理器（14）、ADC芯片（15）、用于为主电路板（18）和测试电路板供电的供电模块（16）、用于与PC机进行通信的Zigbee无线通信模块（17），所述的测试电路板上设置有用于信号输出格式选择的三选开关、驱动检测电路、一个从串口、一个从CAN接口和一组从模拟信号接口；上层圆台（1）包括数根用于固定测试电路板的“F”形固定条，下层圆台（3）包括数根用于固定测试电路板的“F”形固定条，下层圆台（3）底面还设置有四个安装锚点，所述的“F”型固定条上设置有用于固定测试电路板的固定螺孔；圆柱空腔包括上半空腔（2）、下半空腔（12），上半空腔（2）的顶面设置有通道开关、侧面设置有主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口；下半空腔（12）的下顶面设置有电源接口（13）、侧面设置有主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口；上层圆台（1）与下层圆台（3）通过数根圆柱形支撑柱活动连接；主电路板（18）置于圆柱空腔内部，圆柱空腔设置的通道开关、主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口、电源接口（13）均分别与主电路板（18）连接；数个测试电路板通过固定螺孔分别固定在上层圆台（1）、下层圆台（3）的“F”形固定条上，测试电路板上的从串口、从CAN总线接口、从模拟信号接口均分别与圆柱空腔的主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口连接；圆柱空腔嵌入上层圆台（1）、下层圆台（3）的中央通孔中。

2.根据权利要求1所述的批量微机械陀螺测试装置，其特征在于：所述的上半空腔（2）顶面设置有16~32个通道开关，侧面设置有8~16个主串口、8~16个主CAN总线接口、8~16组主模拟信号接口。

3.根据权利要求1所述的批量微机械陀螺测试装置，其特征在于：所述的下半空腔（12）底面设置有一个电源接口（13），侧面设置有8~16个主串口、8~16个主CAN总线接口、8~16组主模拟信号接口。

4.根据权利要求1所述的批量微机械陀螺测试装置，其特征在于：所述的上层圆台（1）与下层圆台（3）面上设置的“F”形固定条的数量相同。

5.根据权利要求1所述的批量微机械陀螺测试装置，其特征在于：所述的上层圆台（1）、下层圆台（3）面上设置的“F”形固定条的数量总和与上半空腔（2）设置的通道开关数量对应设置。

6.根据权利要求1所述的批量微机械陀螺测试装置，其特征在于：所述的上层圆台（1）、下层圆台（3）面上设置的“F”形固定条的数量为8~16个。

7.根据权利要求1所述的批量微机械陀螺测试装置，其特征在于：所述的支撑柱数量为4~8个。

8.根据权利要求1所述的批量微机械陀螺测试装置，其特征在于：所述的测试电路板数量与“F”形固定条的数量总和对应设置。

9.根据权利要求1所述的批量微机械陀螺测试装置，其特征在于：所述的测试电路板上的从串口、从CAN总线接口、从模拟信号接口数量与主串口、主CAN总线接口、主模拟信号接口数量对应设置。

10.根据权利要求1所述的批量微机械陀螺测试装置，其特征在于：所述的上层圆台（1）、下层圆台（3）和支撑柱的材质采用金属铝。