CN103884355A - 一种三浮陀螺标定测试系统 - Google Patents

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Abstract

一种三浮陀螺标定测试系统提供陀螺及各种电路工作的交直流电源，用于完成三浮陀螺的调试、测试和标定，该系统由测试设备和数字繁用表组成。测试设备包括交流电源箱、测试箱、磁悬浮测控箱、前置放大器、陀螺工装、第一数字繁用表、第二数字繁用表、测试数据采集分析仪。磁悬浮电路实现陀螺浮子在空间五个自由度上的控制。陀螺温控回路使陀螺工作在设定的温度点，是保证陀螺正常工作的前提，它由铂电阻作为敏感元件，由加热电阻作为执行元件给陀螺加温。力反馈回路与陀螺构成反馈系统，用于陀螺测试，以标定各误差系数。环境温控电路是将陀螺工装控制在稳定的温度点，为陀螺工作提供良好的温度环境。

Description

一种三浮陀螺标定测试系统
技术领域
本发明涉及一种三浮陀螺标定测试系统，尤其是单自由度三浮陀螺标定测试系统，可用于单自由度机电式液浮、三浮陀螺的调试、测试和标定。当该陀螺做力学环境试验时，此设备能确保陀螺正常工作，属于陀螺测试领域。
背景技术
国内单自由度机电式陀螺的发展经历了静压气浮、静压液浮、液浮和三浮，与陀螺配套的电路和标定测试系统也越发趋向于复杂。对于静压流体支承方式的陀螺，标定测试系统提供的交流电源种类少，与陀螺配套的电路只有力反馈回路。对于液浮陀螺其配套电路也只有两种，除力反馈外，增加了温控电路。以上陀螺的标定测试系统功能较为单一，精度要求相对不高，实现起来较容易。另外，受限于国内模拟电子芯片的发展，过去陀螺力反馈回路和温控回路多采用国内生产的二次集成芯片，致使电路体积大，成本高，通用性差，不易维护。以往陀螺力反馈回路校正环节的设计主要考虑系统稳定性，不强调对系统噪声的抑制。
发明内容
本发明解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种三浮陀螺标定测试系统，此系统精度高、体积小、功耗小、使用方便灵活，后续维护性好的三浮陀螺标定测试系统，实现了陀螺测试时陀螺浮子位置加力指示信号、温度信号、陀螺角度放大信号和陀螺力反馈电流信号多个参数的现场监测，该测试系统解决了三浮陀螺测试时高精度温控控制问题，能够将陀螺温度波动控制在0.05℃范围内。
本发明的技术解决方案为：一种三浮陀螺标定测试系统，包括交流电源箱、测试箱、磁悬浮测控箱、前置放大器、陀螺工装、第一数字繁用表、第二数字繁用表、测试数据采集分析仪。其中测试箱包括直流电源、力反馈回路、温控回路、环境温控电路。磁悬浮测控箱包括交直流电源和陀螺浮子位置控制电路。
磁悬浮测控箱中的交直流电源为陀螺浮子位置控制电路提供直流电源、通过陀螺浮子位置控制电路为三浮陀螺磁悬浮提供交流激磁电源。陀螺浮子位置控制电路采集陀螺磁悬浮元件所反映的浮子多路位置信号，多路位置信号包括轴向和径向信号，将轴向和径向信号经过交流信号选通，依次放大、解调、校正后输出控制信号，该输出控制信号控制磁悬浮元件的加力电流，从而实现陀螺浮子的位置控制。
交流电源箱为三浮陀螺提供两种交流电源，同时给测试箱中的力反馈回路提供解调基准信号。
测试箱中的直流电源为力反馈回路、温控回路、环境温控电路和前置放大器提供直流电源。前置放大器将陀螺角度信号进行放大，将放大后的陀螺角度信号送给力反馈回路，二次放大、带通滤波后、根据交流电源箱提供的解调基准信号进行解调，将解调后的信号滤波、校正后与固定频率的锯齿波进行比较，输出的调宽信号控制流经陀螺力矩器上的电流使陀螺浮子工作在零位。
力反馈回路的输出电流和陀螺角度一级放大信号由第一数字繁用表进行测试，测试数据采集分析仪采集第一数字繁用表的数据，将数据进行存储、计算、分析。
温控回路将三浮陀螺的温度信号进行放大校正后输出带有一定功率的电流，控制三浮陀螺的温度。第二数字繁用表测试三浮陀螺的温度信号；
环境温控电路将陀螺工装的温度信号进行放大校正后输出带有一定功率的电流，控制陀螺工装的温度。
三浮陀螺装卡在陀螺工装上，陀螺工装为陀螺提供安装基准，并使陀螺工作在一个密闭、良好的热环境中。
所述的力反馈回路的回路设计采用二元脉冲调宽式。
所述的力反馈回路，三浮陀螺力反馈回路的校正方式采用了系统的等效噪声带宽设计。
所述的温控回路采用直流脉冲调宽方式。
所述的交流电源箱提供的是频率为8KHz，电压有效值为6V的正弦波信号。
所述的交流电源箱提供的是频率为1KHz，电压有效值38V的方波信号。
所述的陀螺工装带有温控装置，可以使陀螺工装工作在稳定的温度点。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）三浮陀螺标定测试系统功能全，精度高，结构简单，使用方便灵活。
（2）三浮陀螺力反馈回路克服了模拟式回路的缺点，即模拟式加矩方式加在陀螺力矩器上的电流绝对值大小是变化的，电路功率部分效率低，发热大。二元脉冲调宽在力矩器上流过的电流幅值恒定，力矩器发热恒定有利于陀螺温度控制，提高了仪表精度。
（3）陀螺工作时，力矩器只工作在两个状态点，加矩调宽波与力矩器的线性度无关，提高了仪表标度因数的稳定性，保证了仪表的高精度。力反馈回路校正环节的等效噪声带宽设计更好的抑制了系统的噪声，提高了测试精度。
（4）三浮陀螺温控回路调宽式加热，减少了由功率管发热引起的漏电流的影响，并能在较宽的范围内控制加热功率的变化，效率高、损耗小，电路省去散热片，体积小。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的陀螺二元脉冲调宽力反馈回路系统方块图；
图3为本发明的陀螺温控回路示意图。
具体实施方式
本发明的基本思路为：根据三浮陀螺测试存在的精度低，功能少的问题，提供一种三浮陀螺标定测试系统，此系统精度高、体积小、功耗小、使用方便灵活，后续维护性好的三浮陀螺标定测试系统，实现了陀螺测试时陀螺浮子位置加力指示信号、陀螺温度信号、环境温度信号、陀螺角度放大信号和陀螺力反馈电流信号多个参数的现场监测，该测试系统解决了三浮陀螺测试时高精度温控控制问题。
对于三浮陀螺，需要设备系统提供三种交流电源，其中磁悬浮测控箱中的交流电源需有变频功能，交流电源箱中的方波电源需有变频功能。与陀螺配套的电路也发展为三种，其中陀螺温控电路是保证陀螺正常工作的前提，陀螺温控电路将陀螺控制在固定的温度点，以此实现陀螺浮子的悬浮。磁悬浮电路将实现陀螺浮子在五个自由度上的控制，力反馈回路是用来固定陀螺浮子沿输出轴的角度，使传感器工作在零位附近，并通过检测力矩器上的电流来辨识陀螺敏感的地速和各项误差系数。
如图1所示，一种三浮陀螺标定测试系统，包括交流电源箱、测试箱、磁悬浮测控箱、前置放大器、陀螺工装、第一数字繁用表、第二数字繁用表、测试数据采集分析仪。其中测试箱包括直流电源、力反馈回路、温控回路、环境温控电路。磁悬浮测控箱包括交直流电源和陀螺浮子位置控制电路。
磁悬浮测控箱中的交直流电源为陀螺浮子位置控制电路提供直流电源、通过陀螺浮子位置控制电路为三浮陀螺磁悬浮提供交流激磁电源。陀螺浮子位置控制电路采集陀螺磁悬浮元件所反映的浮子多路位置信号，多路位置信号包括轴向和径向信号，将轴向和径向信号经过交流信号选通，依次放大、解调、校正后输出控制信号，该输出控制信号控制磁悬浮元件的加力电流，从而实现陀螺浮子的位置控制。
交流电源箱为三浮陀螺提供两种交流电源，同时给测试箱中的力反馈回路提供解调基准信号。
测试箱中的直流电源为力反馈回路、温控回路、环境温控电路和前置放大器提供直流电源。前置放大器将陀螺角度信号进行放大，将放大后的陀螺角度信号送给力反馈回路，二次放大、带通滤波后、根据交流电源箱提供的解调基准信号进行解调，将解调后的信号滤波、校正后与固定频率的锯齿波进行比较，输出的调宽信号控制流经陀螺力矩器上的电流使陀螺浮子工作在零位。
力反馈回路的输出电流和陀螺角度一级放大信号由第一数字繁用表进行测试，测试数据采集分析仪采集第一数字繁用表的数据，将数据进行存储、计算、分析。
温控回路将三浮陀螺的温度信号进行放大校正后输出带有一定功率的电流，控制三浮陀螺的温度。第二数字繁用表测试三浮陀螺的温度信号。
环境温控电路将陀螺工装的温度信号进行放大校正后输出带有一定功率的电流，控制陀螺工装的温度。
三浮陀螺装卡在陀螺工装上，陀螺工装为陀螺提供安装基准，并使陀螺工作在一个密闭、良好的热环境中。
如图2所示，力反馈回路的功能为三浮陀螺工作时，如果浮子沿输出轴转动，传感器将角度信号转换为电压信号由安装在测试工装上前置放大器放大后，经过一级放大、滤波、解调、滤波、校正后的低频信号与锯齿波进行比较形成二元调宽信号，由该信号控制H桥开关的通断，在一个锯齿波周期内，流经陀螺力矩器的是满足一定精度、方向不同的电流。
在设计三浮陀螺力反馈回路校正环节时，除考虑系统稳定性外，为提高陀螺测试精度，采用等效噪声带宽的方法设计校正环节。
如图3所示，陀螺温控回路采用电桥敏感陀螺温度，产生的电压差经过放大校正后与三角波进行比较，产生的调宽信号控制VMOS管的栅极，最终形成加热电流。

Claims (7)

1.一种三浮陀螺标定测试系统，其特征在于：包括交流电源箱、测试箱、磁悬浮测控箱、前置放大器、陀螺工装、第一数字繁用表、第二数字繁用表、测试数据采集分析仪，其中测试箱包括直流电源、力反馈回路、温控回路、环境温控电路；磁悬浮测控箱包括交直流电源和陀螺浮子位置控制电路；
磁悬浮测控箱中的交直流电源为陀螺浮子位置控制电路提供直流电源、通过陀螺浮子位置控制电路为三浮陀螺磁悬浮提供交流激磁电源，陀螺浮子位置控制电路采集陀螺磁悬浮元件所反映的浮子多路位置信号，多路位置信号包括轴向和径向信号，将轴向和径向信号经过交流信号选通，依次放大、解调、校正后输出控制信号，该输出控制信号控制磁悬浮元件的加力电流，从而实现陀螺浮子的位置控制；
交流电源箱为三浮陀螺提供两种交流电源，同时给测试箱中的力反馈回路提供解调基准信号；
测试箱中的直流电源为力反馈回路、温控回路、环境温控电路和前置放大器提供直流电源，前置放大器将三浮陀螺角度信号进行放大，将放大后的三浮陀螺角度信号送给力反馈回路，经二次放大、带通滤波后、根据交流电源箱提供的解调基准信号进行解调，将解调后的信号滤波、校正后与固定频率的锯齿波进行比较，输出的调宽信号控制流经陀螺力矩器上的电流使陀螺浮子工作在零位；
力反馈回路的输出电流和陀螺角度一级放大信号由第一数字繁用表进行测试，测试数据采集分析仪采集第一数字繁用表的数据，将数据进行存储、计算、分析；
温控回路将三浮陀螺的温度信号进行放大校正后输出带有一定功率的电流，控制三浮陀螺的温度，第二数字繁用表测试三浮陀螺的温度信号；
环境温控电路将陀螺工装的温度信号进行放大校正后输出带有一定功率的电流，控制陀螺工装的温度。
三浮陀螺装卡在陀螺工装上，陀螺工装为陀螺提供安装基准，并使陀螺工作在一个密闭、良好的热环境中。
2.根据权利要求1所述的一种三浮陀螺标定测试系统，其特征在于：所述的力反馈回路采用二元脉冲调宽式。
3.根据权利要求1所述的一种三浮陀螺标定测试系统，其特征在于：所述的力反馈回路，三浮陀螺力反馈回路的校正方式采用了系统的等效噪声带宽设计。
4.根据权利要求1所述的一种三浮陀螺标定测试系统，其特征在于：所述的温控回路采用直流脉冲调宽方式。
5.根据权利要求1所述的一种三浮陀螺标定测试系统，其特征在于：所述的交流电源箱提供的是频率为8KHz，电压有效值为6V的正弦波信号。
6.根据权利要求1所述的一种三浮陀螺标定测试系统，其特征在于：所述的交流电源箱提供的是频率为1KHz，电压有效值38V的方波信号。
7.根据权利要求1所述的一种三浮陀螺标定测试系统，其特征在于：所述的陀螺工装带有温控装置，使陀螺工装工作在稳定的温度点。
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