CN103884370B - 一种基于可编程drc的轴角转换测试系统 - Google Patents

Abstract

一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统，用于陀螺加速度计、转台用轴角转换系统的测试，属于轴角转换测试领域。同时可用于生成任意值的旋转变压器或自整角机信号的发生，为测试系统提供信号源。一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统包括控制箱、正弦波信号发生电路、数字逻辑时钟电路、DRC数字－旋转变压器转换电路、第一测试电缆、被测系统、第二测试电缆和测试工控机。本发明可产生高精度频率幅值可调正弦波信号；可产生频率可变的数字逻辑时钟信号；可产生任意值旋转变压器正余弦信号；具有设计灵活、工作可靠、体积小的优点。

Description

一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统

技术领域

本发明涉及一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统，用于加速度计、转台用轴角转换系统的测试，同时可用于生成任意值的旋转变压器或自整角机信号的发生，为测试系统提供信号源，属于轴角转换系统测试领域。

背景技术

近年来，随着惯性技术的不断发展，陀螺加速度计、转台等惯性系统的精度不断提高。惯性系统的高精度要求其轴角转换系统向高精度、体积小、集成度高、专用性强等方向发展。

在陀螺加速度计、转台等惯性系统中，轴角转换系统是非常重要的组成部分，以陀螺加速度计为例，陀螺加速度计输出形式为外环轴转动角度，轴角转换系统是将转动角度转换为脉冲形式输出。因此轴角转换系统的转换精度直接反映了陀螺加速度计精度。

现有的轴角转换系统的测试，基本依靠通用仪器进行组合后，对轴角转换系统进行测试，测试组成复杂，操作繁琐，通用仪器资源浪费严重，同时测试精度无法得到保证。

现阶段还缺乏对其进行功能精度测试的有效手段。因此，亟需发明一种用于轴角转换系统的测试系统，实现有效的测试。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统。可编程DRC的轴角转换测试系统中的正弦波信号发生电路、数字逻辑时钟电路、DRC数字－旋转变压器转换电路产生高精度意值旋转变压器正余弦信号，为轴角转换系统提供有效测试手段，解决轴角转换系统测试精度低的问题。

本发明的技术解决方案是：一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统，包括控制箱、正弦波信号发生电路、数字逻辑时钟电路、DRC数字－旋转变压器转换电路、第一测试电缆、被测系统、第二测试电缆和测试工控机；

控制箱为正弦波信号发生电路、数字逻辑时钟电路、DRC数字－旋转变压器转换电路提供电源及向正弦波信号发生电路、数字逻辑时钟电路、DRC数字－旋转变压器转换电路发出上下电控制指令，同时控制箱调整数字逻辑时钟电路（3）的信号发生频率。

正弦波信号发生电路接收控制箱上下电控制指令，产生频率、幅值可调、低失真度的正弦波，送至DRC数字－旋转变压器转换电路。

数字逻辑时钟电路接收控制箱上下电控制指令，生成频率可变的数字逻辑时钟信号，送至DRC数字－旋转变压器转换电路。

DRC数字－旋转变压器转换电路接收控制箱上下电控制指令，根据控制箱的上下电指令接收数字逻辑时钟电路生成频率可变的数字逻辑时钟信号，对将收到的正弦波信号发生电路生成的正弦波信号进行时钟控制，产生任意值旋转变压器正余弦信号，经第一测试电缆送至被测系统。

被测系统接收第一测试电缆传来的任意值旋转变压器正余弦信号和正弦波信号发生电路生成的正弦波信号，将任意值旋转变压器正余弦信号转换为任意频率的正负通道脉冲信号，经第一测试电缆送至控制箱，再经第二测试电缆送至测试工控机。

测试工控机包括高精度脉冲采集计数卡和测试计算模块，高精度脉冲采集计数卡接收第二测试电缆传来的任意频率的正负通道脉冲信号，进行定时计数、定数计时采集，产生定时、定数触发信号送至测试计算模块进行精度测试和高精度脉冲采集计数卡的定时、定数数据存储。

正弦波信号发生电路具有在发生温度变化时产生低的频率漂移的特点，频率漂移范围为0～50ppm/℃。

正弦波信号发生电路具有低失真度的特点，失真度控制在0～1%范围。

正弦波信号发生电路具有0.001Hz～1MHz的频率输出范围，工作变化周期宽。

数字逻辑时钟电路包含高精度恒温晶振时钟源、分频器和可逆计数器。高精度恒温晶振时钟源的频率为8.192MHz，高精度恒温晶振时钟源的频率准确度为1×10^-8，高精度恒温晶振时钟源通过分频器和可逆计数器生成频率可变的64KHz～8.192MHz高精度数字逻辑时钟信号。

DRC数字－旋转变压器转换电路包括高精度DRC芯片HDRC16，HDRC16具有16位可编程特点的数据总线，HDRC16具有sin和cos的遥测输出以保证转换输出信号的精度。

DRC数字－旋转变压器转换电路的角度分辨率至少为0.33′，精度至少为1′、跟踪速度至少为500Hz，电气角速度的精度为4.6×10^-14。

测试工控机中的高精度脉冲采集计数卡的脉冲采集精度优于1×10^-7。

本发明与现有技术相比优点在于：

（1）本发明所使用的正弦波信号发生电路，具有设计参数可调、精度高、小型化、高度集成化、可靠性高等优点。相对于传统测试系统采用通用的函数信号放生仪器，省去了一台通用仪器，只用了小型的信号发生电路，便达到了系统对信号源精度要求。

（2）本发明所使用的数字逻辑时钟电路。采用高精度恒温晶振作为信号源，相对于传统时钟电路，具有频率可调，方向可逆的特点。

（3）本发明所使用DRC数字－旋转变压器转换电路，采用高度集成的高精度DRC芯片HDRC16，其具有16位数据总线，具有可编程特点。相对于传统的基于脉冲调宽型闭环鉴幅测角的数字函数发生器包含有大量的高次谐波影响后级的输出电路输出，电路规模大的缺点，DRC数字－旋转变压器转换电路可编程、规模小、高度集成、高可靠，可产生纯净的与参考电压同相或反相的基波电压输出。

（4）本发明使用的配套的脉冲采集计数卡和配套的测试软件，配合测试系统而设计，配合控制箱操作，可实现操作简单、方便的测试工作。

附图说明

图1为本发明系统方框图；

图2为本发明正弦波信号发生电路原理图；

图3为本发明数字逻辑时钟和DRC数字－旋转变压器转换电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图说明系统具体实施方式。图1为一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统方框图，包括控制箱、正弦波信号发生电路、数字逻辑时钟电路、DRC数字－旋转变压器转换电路、第一测试电缆、第二测试电缆和测试工控机组成。控制箱为系统提供电源及控制加电顺序和调整信号发生频率。正弦波信号发生电路用于产生频率幅值可调的参考正弦波信号。数字逻辑时钟电路利用高精度恒温晶振作为基准源，通过分频器和可逆计数器生成频率可变的数字逻辑时钟信号。DRC数字－旋转变压器转换电路采用可编程DRC芯片利用正弦波参考信号和数字逻辑时钟信号，产生任意值旋转变压器正余弦信号。测试电缆用于连接控制箱和被测系统及测试工控机。测试工控机采用配套的脉冲采集计数卡和测试软件，完成对被测系统的信号采集和参数计算。

图2为正弦波信号发生电路原理图。电容C21一端接正电源M12+，另一端接电源地；电容C22一端接电源地，另一端接负电压M12-；电容C23正端接正电源M12+，负端端接电源地；电容C24正端接电源地，负端接负电压M12-；电阻R11一端接负电压M12-，另一端接变阻器R12的3脚，R12的2脚接N9集成电路ICL8038的1脚，R12的1脚接正电源M12+；电阻R13的一端接正电源M12+，另一端接变阻器R14的1脚，R14的2脚接N9的12脚，R14的3脚接负电源M12-；二极管V1的正端接正电源M12+，负端接变阻器R7的2脚，R7的1脚接电阻R5的一端，R7的3脚接电阻R6的一端，R5的另一端接N9的4脚，R6的另一端接N9的5脚；变阻器R9的1脚接正电源M12+，2脚接N9的8脚，3脚接电阻R10的一端，R10的另一端接负电压M12-；电容C17的一端接N9的8脚，另一端接负电源M12-；电阻R8的一端接正电源M12+，另一端接N9的9脚；电容C18的一端接负电源M12-，另一端接N9的10脚；N9的6脚接正电源M12+，11脚接负电源M12-，2脚接集成电路N10的3脚；R15的一端接电源地，另一端接N10的2脚；变阻器R16的1、2脚接N10的2脚，3脚接N10的6脚；电容C19的一端接N10的7脚，另一端接电源地；电容C20的一端接N10的4脚，另一端接电源地；N10的4脚接负电源M12-，7脚接正电源M12+。调整R12、R14的阻值可调整正弦波的失真度。调整R9的的阻值可调节正弦波的频率。调整R16的阻值，可调节正弦波幅值。

图3为数字逻辑时钟和DRC数字－旋转变压器转换电路原理图。N3集成电路74HC393的1脚接高精度恒温晶振的时钟信号，信号频率为8.192MHz，通过分频在3、4、5、6、11、10、9、8脚分别产生4.096MHz、2.048MHz、1.024MHz、512KHz、256KHz、128KHz、64KHz、32KHz不同频率的时钟信号，并通过控制箱前面板上的波段开关选择一路作为N5、N6、N7、N8的CP时钟信号输入；N3的14脚接正电源VCC，2、12、7脚接信号地。N5、N6、N7、N8各自的14脚接CP信号，各自的15、1、10、9、4、8、5脚接信号地，各自的5脚接FX信号，各自的16、11脚接电源VCC；N5的13脚接N6的4脚；N6的13脚接N7的4脚；N7的13脚接N8的4脚；N5的3、2、6、7脚分别接N4的14、13、12、11脚；N6的3、2、6、7脚分别接N4的10、9、8、7脚；N7的3、2、6、7脚分别接N4的6、5、4、3脚；N8的3、2脚分别接N4的2、1脚；N4的15、16脚接信号地，21、25脚作为COS信号输出，22、26脚作为SIN信号输出，23、30脚接正电源M12+，24、29脚接负电源M12-，27、28、34脚接电源地，31、32、33脚接电源VCC，35脚接N10的6脚；电容C7的正端接正电源M12+，负端接电源地；电容C8一端接正电源M12+，另一端接电源地；电容C9正端接电源地，负端接负电源M12-；电容C10的一端接电源地，另一端接负电源M12-。

某一路时钟信号CP送至N5、N6、N7、N8各自的14脚时钟输入端，N5、N6、N7、N8各自的3、2、6、7脚生成16位的数字代码，送至N4的16位数据总线，作为数字－旋变HDRC16的输入信号，则HDRC16的22、21脚输出两路4000±0.1Hz、2±0.2Vrms（正弦波）的调幅信号，幅值分别为pθ的正余弦关系，由于HDRC采用的是16位输入，当Q1Q2…Q15从全0到全1时，对应电气角从0°变到360°，最低位改变一位相当变化角度0.66′，HDRC的精度为2′。晶振输出直接作为CP信号，则角度变化一周的时间T₁为：

$T_1=\frac{2^{15}}{8.192\×{10}^6}=4\mathrm{ms}$

对应角速度ω₁=250rps，输出电路输出脉冲的频率为64000Hz

同理可知，CP信号为4.096M、2.048M、1.024M、512K、256K、128K时，能提供的角速度信号分别为125rps、62.5rps、31.25rps、15.625rps、7.8125rps、3.90625rps，则输出电路分别输出脉冲的频率为：32000Hz、16000Hz、8000Hz、4000Hz、2000Hz、1000Hz。。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统，其特征在于：包括控制箱(1)、正弦波信号发生电路(2)、数字逻辑时钟电路(3)、DRC数字－旋转变压器转换电路(4)、第一测试电缆(5)、被测系统(6)、第二测试电缆(7)和测试工控机(8)；

控制箱(1)为正弦波信号发生电路(2)、数字逻辑时钟电路(3)、DRC数字－旋转变压器转换电路(4)提供电源及向正弦波信号发生电路(2)、数字逻辑时钟电路(3)、DRC数字－旋转变压器转换电路(4)发出上下电控制指令，同时控制箱(1)调整数字逻辑时钟电路(3)的信号发生频率；

正弦波信号发生电路(2)接收控制箱(1)上下电控制指令，产生频率、幅值可调、低失真度的正弦波，送至DRC数字－旋转变压器转换电路(4)；

数字逻辑时钟电路(3)接收控制箱(1)上下电控制指令，生成频率可变的数字逻辑时钟信号，送至DRC数字－旋转变压器转换电路(4)；

DRC数字－旋转变压器转换电路(4)接收控制箱(1)上下电控制指令，根据控制箱(1)的上下电指令接收数字逻辑时钟电路(3)生成频率可变的数字逻辑时钟信号，对将收到的正弦波信号发生电路(2)生成的正弦波信号进行时钟控制，产生任意值旋转变压器正余弦信号，经第一测试电缆(5)送至被测系统(6)；

被测系统(6)接收第一测试电缆(5)传来的任意值旋转变压器正余弦信号和正弦波信号发生电路(2)生成的正弦波信号，将任意值旋转变压器正余弦信号转换为任意频率的正负通道脉冲信号，经第一测试电缆(5)送至控制箱(1)，再经第二测试电缆(7)送至测试工控机(8)；

测试工控机(8)包括高精度脉冲采集计数卡和测试计算模块，高精度脉冲采集计数卡接收第二测试电缆(7)传来的任意频率的正负通道脉冲信号，进行定时计数、定数计时采集，产生定时、定数触发信号送至测试计算模块进行精度测试和高精度脉冲采集计数卡的定时、定数数据存储。

2.根据权利要求1所述的一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统，其特征在于：正弦波信号发生电路具有在发生温度变化时产生低的频率漂移的特点，频率漂移范围为0～50ppm/℃。

3.根据权利要求1所述的一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统，其特征在于：正弦波信号发生电路具有低失真度的特点，失真度控制在0～1％范围。

4.根据权利要求1所述的一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统，其特征在于：正弦波信号发生电路具有0.001Hz～1MHz的频率输出范围。

5.根据权利要求1所述的一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统，其特征在于：数字逻辑时钟电路包含高精度恒温晶振时钟源、分频器和可逆计数器，高精度恒温晶振时钟源的频率为8.192MHz，高精度恒温晶振时钟源的频率准确度为1×10^-8，高精度恒温晶振时钟源通过分频器和可逆计数器生成频率可变的64KHz～8.192MHz高精度数字逻辑时钟信号。

6.根据权利要求1所述的一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统，其特征在于：DRC数字－旋转变压器转换电路包括高精度DRC芯片HDRC16，HDRC16具有16位可编程特点的数据总线，HDRC16具有sin和cos的遥测输出以保证转换输出信号的精度。

7.根据权利要求1所述的一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统，其特征在于：DRC数字－旋转变压器转换电路的角度分辨率至少为0.33′，精度至少为1′、跟踪频率至少为500Hz，电气角速度的精度为4.6×10^-14。

8.根据权利要求1所述的一种基于可编程DRC的轴角转换测试系统，其特征在于：测试工控机中的高精度脉冲采集计数卡的脉冲采集精度至少为1×10^-7。