CN104569495A - 一种高精度陀螺加速度计标定测试系统 - Google Patents

Abstract

一种高精度陀螺加速度计标定测试系统，用于陀螺加速度计参数标定与精度测试，属于陀螺加速度计测试领域。一种高精度陀螺加速度计标定测试系统包括直流电源、交流电源、马达电源、外温控、伺服回路、内温控电路、磁悬浮电路、输出电路、第一测试电缆、陀螺加速度计、第二测试电缆、测试工控机，本发明可提供多路隔离直流电源信号；可提供三路隔离交流电源信号；可提供高精度交流马达电源信号；可提供陀螺加速度计温度场调节信号；可提供陀螺加速度计测试所需的伺服回路、内温控电路、磁悬浮电路、输出电路。

Description

一种高精度陀螺加速度计标定测试系统

技术领域

本发明涉及惯性仪表一种高精度陀螺加速度计标定测试系统，用于陀螺加速度计参数标定与精度测试，属于惯性仪表测试领域。

背景技术

近年来，随着惯性技术的不断发展，惯性平台导航系统的精度不断提高，作为惯性平台导航系统的重要组成部分的陀螺加速度计也不断向高进度、长寿命、高可靠的方向发展。

为高精度陀螺加速度计的标定测试提供有效手段，研发高精度陀螺加速度计标定测试系统，变得十分必要。

现有的陀螺加速度计标定测试手段比较单一，自动化程度不高，测试精度无法得到保证。尤其随着陀螺加速度的精度提高，现有的仪表外温控控温精度无法满足要求。

同时现有陀螺加速度计标定测试时，仪表脉冲数据采集基本依靠测试人员通过计时测频仪手动进行记录，信息化水平低。因此，亟需发明一种高精度陀螺加速度计标定测试系统。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有测试手段的不足，提供了一种高精度陀螺加速度计标定测试系统，高精度陀螺加速度计标定测试系统采用专用的直流电源、交流电源、马达电源、控制台、外温控及带有高精度脉冲计数卡的测试工控机，共同组成了高精度陀螺加速度计标定测试系统，解决了高精度陀螺加速度计标定测试手段比较单一，自动化程度不高，测试精度无法得到保证的问题。

本发明的技术解决方案是：一种高精度陀螺加速度计标定测试系统包括：直流电源(1)、交流电源(2)、马达电源(3)、外温控(4)、伺服回路(5)、内温控电路(6)、磁悬浮电路(7)、输出电路(8)、第一测试电缆(9)、陀螺加速度计(10)、第二测试电缆(11)、测试工控机(12)；

直流电源(1)为伺服回路(5)提供±12V、28V电源，为内温控电路(6)提供±12V、28V、56V电源，为磁悬浮电路(7)提供±15V电源，为输出电路(8)提供±12V、5V电源；

交流电源(2)为伺服回路(5)提供3V/16KHz交流信号，并通过第一测试电缆(9)为陀螺加速度计(10)提供5.5V/4KHz交流信号和6V/8KHz交流信号；

马达电源(3)通过第一测试电缆(9)为陀螺加速度计(10)提供三相1KHz，幅值可调的高精度马达电源；

外温控(4)通过第一测试电缆(9)为陀螺加速度计(10)提供外温控信号；

伺服回路(5)，在直流电源(1)提供的±12V、28V电源、交流电源(2)提供的3V/16KHz交流信号的供电下，同时伺服回路(5)通过第一测试电缆(9)接收陀螺加速度计(10)中内环传感器输出的位置信号，将伺服回路产生的力矩电机加力信号经第一测试电缆(9)送至陀螺加速度计(10)；

内温控电路(6)，在直流电源(1)提供的±12V、28V、56V电源的供电下，通过第一测试电缆(9)接收陀螺加速度计(10)中的测温电阻采集的测温信号，将测温信号和设定的温控值进行比较，产生加温信号，将该加温信号经第一测试电缆(9)送至陀螺加速度计(10)；

磁悬浮电路(7)，在直流电源(1)提供的±15V电源的供电下，并通过第一测试电缆(9)接收陀螺加速度计(10)中的磁悬浮定转子采集的磁悬浮位置信号，将磁悬浮位置信号与设定的磁悬浮位置量进行比较，产生磁悬浮加力信号，将该磁悬浮加力信号经第一测试电缆(9)送至陀螺加速度计(10)；

输出电路(8)，在直流电源(1)提供的±12V、5V电源的供电下,通过第一测试电缆(9)接收陀螺加速度计(10)中的变磁阻传感器产生的变磁阻传感器信号，输出电路(8)将该变磁阻传感器信号转换为与变磁阻传感器的转速相对应频率的正负通道脉冲信号，将该正负通道脉冲信号经第二测试电缆(11)送至测试工控机(12)；

陀螺加速度计(10)，在交流电源(2)提供的5.5V/4KHz交流信号和6V/8KHz交流信号，马达电源(3)提供的三相1KHz，幅值可调的高精度马达电源的供电下，接收外温控(4)提供的外温控信号，接收伺服回路(5)提供的力矩电机加力信号，接收内温控电路(6)提供的加温信号，接收磁悬浮电路(7)的磁悬浮加力信号，将外温控信号送至陀螺加速度计(10)中的外温控加温片，进行温度控制；将力矩电机加力信号送至陀螺加速度计(10)中的力矩电机进行加力控制，将加温信号送至陀螺加速度计(10)中的内温控的加温片，进行温度控制；将磁悬浮加力信号送至陀螺加速度计(10)中的磁悬浮定转子，进行磁悬浮的加力控制；

测试工控机(12)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(11)传来的与变磁阻传感器的转速相对应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，测试计算模块根据定时、定数触发信号，计算脉冲数，根据脉冲，计算出对陀螺加速度计(10)的测试时间。

本发明与现有技术相比优点在于：

(1)本发明使用专用多路隔离直流电源，其中三路±12V直流电源，彼此地线隔离，相对于传统的同一幅值电源只提供一路方式，避免各电路之间产生干扰，影响仪表测试精度。

(2)本发明使用高精度马达电源，输出形式为三相1000±1Hz方波，启动线电压35～50V可调,工作线电压26V±1V，幅值稳定度2％；高压降低压由开关控制，降压时间为15±1s，频率相对稳定度1×10^-7，相对与传统的马达电源，增加了启动电压可调工作方式，为仪表马达故障监测提供了电源基础，同时频率精度与传统电源相比得到了一定程度提高。

(3)本发明所使用的外温控电路，控温精度优于0.1℃，用于控制陀螺加速度计外部温度场，外温控温控点可调，并带有超温报警功能。

(4)本发明为一种高精度陀螺加速度计标定测试系统定制开发了高精度脉冲采集计数卡，克服了通用计数卡只能实现单路脉冲定数计时的缺点，实现了多通道综合脉冲实时定数计时，满足了陀螺加速度计动态测试要求。

(5)本发明所使用的高精度脉冲采集计数卡，搭配测试工控机及测试软件，完成对陀螺加速度计系数分离及稳定性计算，脉冲采集精度优于1×10^-7。

(6)本发明所使用的高精度脉冲采集计数卡电路采用高精度恒温晶振，晶振频率精度优于5×10^-9，同时采用温补晶振，进行补偿，使时基精度进一步提高。

(7)本发明所使用的脉冲采集卡电路采用光耦对输入信号进行隔离，同时采用具有施密特触发功能的反相器，对信号进行整形，提高抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明系统方框图；

图2为本发明高精度脉冲采集计数卡信号隔离整形电路原理图；

图3为本发明高精度脉冲采集计数卡高精度晶振时基电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种高精度陀螺加速度计标定测试系统，包括直流电源1、交流电源2、马达电源3、外温控4、伺服回路5、内温控电路6、磁悬浮电路7、输出电路8、第一测试电缆9、陀螺加速度计10、第二测试电缆11、测试工控机12；

直流电源1为伺服回路5提供±12V、28V电源，为内温控电路6提供±12V、28V、56V电源，为磁悬浮电路7提供±15V电源，为输出电路8提供±12V、5V电源；

交流电源2为伺服回路5提供3V/16KHz交流信号，并通过第一测试电缆9为陀螺加速度计10提供5.5V/4KHz交流信号和6V/8KHz交流信号；

马达电源3通过第一测试电缆9为陀螺加速度计10提供三相1KHz，幅值可调的高精度马达电源；

外温控4通过第一测试电缆9为陀螺加速度计10提供外温控信号；

伺服回路5，在直流电源1提供的±12V、28V电源、交流电源2提供的3V/16KHz交流信号的供电下，同时伺服回路5通过第一测试电缆9接收陀螺加速度计10中内环传感器输出的位置信号，将伺服回路产生的力矩电机加力信号经第一测试电缆9送至陀螺加速度计10；

内温控电路6，在直流电源1提供的±12V、28V、56V电源的供电下，通过第一测试电缆9接收陀螺加速度计10中的测温电阻采集的测温信号，将测温信号和设定的温控值进行比较，产生加温信号，将该加温信号经第一测试电缆9送至陀螺加速度计10。

磁悬浮电路7，在直流电源1提供的±15V电源的供电下，并通过第一测试电缆9接收陀螺加速度计10中的磁悬浮定转子采集的磁悬浮位置信号，将磁悬浮位置信号与设定的磁悬浮位置量进行比较，产生磁悬浮加力信号，将该磁悬浮加力信号经第一测试电缆9送至陀螺加速度计10。

输出电路8，在直流电源1提供的±12V、5V电源的供电下,通过第一测试电缆9接收陀螺加速度计10中的变磁阻传感器产生的变磁阻传感器信号，输出电路8将该变磁阻传感器信号转换为与变磁阻传感器的转速相对应频率的正负通道脉冲信号，将该正负通道脉冲信号经第二测试电缆11送至测试工控机12；

陀螺加速度计10，在交流电源2提供的5.5V/4KHz交流信号和6V/8KHz交流信号，马达电源3提供的三相1KHz，幅值可调的高精度马达电源的供电下，接收外温控4提供的外温控信号，接收伺服回路5提供的力矩电机加力信号，接收内温控电路6提供的加温信号，接收磁悬浮电路7的磁悬浮加力信号，将外温控信号送至陀螺加速度计10中的外温控加温片，进行温度控制；将力矩电机加力信号送至陀螺加速度计10中的力矩电机进行加力控制，将加温信号送至陀螺加速度计10中的内温控的加温片，进行温度控制；将磁悬浮加力信号送至陀螺加速度计10中的磁悬浮定转子，进行磁悬浮的加力控制；

测试工控机12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11传来的与变磁阻传感器的转速相对应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，测试计算模块根据定时、定数触发信号，计算脉冲数，根据脉冲，计算出对陀螺加速度计10的测试时间。

所述外温控电路控温精度优于0.1℃，用于控制陀螺加速度计外部温度场，外温控温控点可调，并带有超温报警功能。

所述测试工控机中装有高精度脉冲采集计数卡，搭配测试工控机及测试软件，完成对陀螺加速度计系数分离及稳定性计算，脉冲采集精度优于1×10^-7。

所述高精度脉冲采集计数卡采用高精度恒温晶振，晶振频率精度优于5×10^-9，同时采用温补晶振，进行补偿，使高精度脉冲采集计数卡的时基精度提高。

所述高精度脉冲采集计数卡采用光耦对输入信号进行隔离，同时采用具有施密特触发功能的反相器，对信号进行整形，提高抗干扰能力。

直流电源、交流电源用于测试系统电路板供电及陀螺加速度计传感器供电。马达电源为陀螺加速度计马达供电。控制台为陀螺加速度计工作提供外围电路并控制测试系统加电顺序。外温控用于陀螺加速度计外部温度场控制。专用测试电缆用于连接控制台和被测对象及测试工控机。测试工控机用于采集陀螺加速度计输出脉冲及磁悬浮输出，进行系数分离及稳定性计算。

高精度脉冲采集计数卡由信号隔离整形电路、高精度晶振时基电路组成。

如图2所示，为高精度脉冲采集计数卡信号隔离整形电路原理图。电阻R4一端接正通道脉冲MZ，另一端接B1集成电路6N137的2脚；二极管Z4的负端接MZ，正端接正通道脉冲地MZG；稳压二极管Z1正端接MZG，负端接B1的3脚；B1的6脚接电阻R9的一端，R9的另一端接VCC；B1的5脚接GND；D8集成电路74LS14的1脚接B1的6脚，2脚接二极管Z7的负端，Z7的正端接电阻R1的一端，R1的另一端接D8的2脚；电容C1的一端接GND，另一端接D8的3脚，D8的4脚接光耦正通道输出GZ；电阻R5一端接负通道脉冲MF，另一端接B2集成电路6N137的2脚；二极管Z5的负端接MF，正端接负通道脉冲地MFG；稳压二极管Z2正端接MFG，负端接B2的3脚；B2的6脚接电阻R8的一端，R8的另一端接VCC；B2的5脚接GND；D8的5脚接B2的6脚，2脚接二极管Z8的负端，Z8的正端接电阻R2的一端，R2的另一端接D8的6脚；电容C2的一端接GND，另一端接D8的9脚，D8的8脚接光耦负通道输出GF；电阻R6一端接触发通道脉冲地MLG，另一端接B3集成电路6N137的2脚；二极管Z6的负端接MLG，正端接触发通道脉冲ML；稳压二极管Z3正端接ML，负端接B3的3脚；B3的6脚接电阻R7的一端，R7的另一端接VCC；B3的5脚接GND；D8的11脚接B3的6脚，10脚接二极管Z9的负端，Z9的正端接电阻R3的一端，R3的另一端接D8的10脚；电容C3的一端接GND，另一端接D8的13脚，D8的12脚接光耦触发通道输出GL。高精度脉冲采集计数卡信号隔离整形电路采用光耦对输入信号进行隔离，同时采用具有施密特触发功能的反相器，对信号进行整形，提高抗干扰能力。

图3为高精度脉冲采集计数卡高精度晶振时基电路原理图。电阻R13的一端接G2恒温晶振的2脚，另一端接G2的1脚；电阻R14的一端接G2的1脚，另一端接G2的7脚；G2的7脚接GND，3脚接+12V，4脚接电容C35的一端，C35的另一端接继电器SW2的1脚；G2的5、6脚接GND；电阻R15的一端接+12V，另一端接SW2的1脚；电阻R16的一端接SW2的1脚，另一端接GND；G1温补晶振的1脚悬空，2脚接GND，4脚接VCC，3脚接SW2的3脚；D9集成电路74LS14的1脚接SW2的2脚；D9的2脚接3脚，4脚接CLK_PIN；D13集成电路7407的13脚接IORDY，12脚接WIORDY。高精度脉冲采集计数卡高精度晶振时基电路采用高精度恒温晶振，晶振频率精度优于5×10^-9，同时采用温补晶振，进行补偿，使时基精度进一步提高。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种高精度陀螺加速度计标定测试系统，其特征在于：包括直流电源(1)、交流电源(2)、马达电源(3)、外温控(4)、伺服回路(5)、内温控电路(6)、磁悬浮电路(7)、输出电路(8)、第一测试电缆(9)、陀螺加速度计(10)、第二测试电缆(11)、测试工控机(12)；

直流电源(1)为伺服回路(5)提供±12V、28V电源，为内温控电路(6)提供±12V、28V、56V电源，为磁悬浮电路(7)提供±15V电源，为输出电路(8)提供±12V、5V电源；

交流电源(2)为伺服回路(5)提供3V/16KHz交流信号，并通过第一测试电缆(9)为陀螺加速度计(10)提供5.5V/4KHz交流信号和6V/8KHz交流信号；

马达电源(3)通过第一测试电缆(9)为陀螺加速度计(10)提供三相1KHz，幅值可调的高精度马达电源；

外温控(4)通过第一测试电缆(9)为陀螺加速度计(10)提供外温控信号；

伺服回路(5)，在直流电源(1)提供的±12V、28V电源、交流电源(2)提供的3V/16KHz交流信号的供电下，同时伺服回路(5)通过第一测试电缆(9)接收陀螺加速度计(10)中内环传感器输出的位置信号，将伺服回路产生的力矩电机加力信号经第一测试电缆(9)送至陀螺加速度计(10)；

内温控电路(6)，在直流电源(1)提供的±12V、28V、56V电源的供电下，通过第一测试电缆(9)接收陀螺加速度计(10)中的测温电阻采集的测温信号，将测温信号和设定的温控值进行比较，产生加温信号，将该加温信号经第一测试电缆(9)送至陀螺加速度计(10)；

磁悬浮电路(7)，在直流电源(1)提供的±15V电源的供电下，并通过第一测试电缆(9)接收陀螺加速度计(10)中的磁悬浮定转子采集的磁悬浮位置信号，将磁悬浮位置信号与设定的磁悬浮位置量进行比较，产生磁悬浮加力信号，将该磁悬浮加力信号经第一测试电缆(9)送至陀螺加速度计(10)；

输出电路(8)，在直流电源(1)提供的±12V、5V电源的供电下,通过第一测试电缆(9)接收陀螺加速度计(10)中的变磁阻传感器产生的变磁阻传感器信号，输出电路(8)将该变磁阻传感器信号转换为与变磁阻传感器的转速相对应频率的正负通道脉冲信号，将该正负通道脉冲信号经第二测试电缆(11)送至测试工控机(12)；

陀螺加速度计(10)，在交流电源(2)提供的5.5V/4KHz交流信号和6V/8KHz交流信号，马达电源(3)提供的三相1KHz，幅值可调的高精度马达电源的供电下，接收外温控(4)提供的外温控信号，接收伺服回路(5)提供的力矩电机加力信号，接收内温控电路(6)提供的加温信号，接收磁悬浮电路(7)的磁悬浮加力信号，将外温控信号送至陀螺加速度计(10)中的外温控加温片，进行温度控制；将力矩电机加力信号送至陀螺加速度计(10)中的力矩电机进行加力控制，将加温信号送至陀螺加速度计(10)中的内温控的加温片，进行温度控制；将磁悬浮加力信号送至陀螺加速度计(10)中的磁悬浮定转子，进行磁悬浮的加力控制；

测试工控机(12)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(11)传来的与变磁阻传感器的转速相对应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，测试计算模块根据定时、定数触发信号，计算脉冲数，根据脉冲，计算出对陀螺加速度计(10)的测试时间。

2.根据权利要求1所述的一种高精度陀螺加速度计标定测试系统，其特征在于：所述外温控的电路控温精度优于0.1℃，用于控制陀螺加速度计外部温度场，外温控温控点可调，并带有超温报警功能。

3.根据权利要求1所述的一种高精度陀螺加速度计标定测试系统，其特征在于：所述测试工控机中装有高精度脉冲采集计数卡，搭配测试工控机及测试软件，完成对陀螺加速度计系数分离及稳定性计算，脉冲采集精度优于1×10^-7。

4.根据权利要求3所述的一种高精度陀螺加速度计标定测试系统，其特征在于：所述高精度脉冲采集计数卡采用高精度恒温晶振，晶振频率精度优于5×10^-9，同时采用温补晶振，进行补偿，使高精度脉冲采集计数卡的时基精度提高。

5.根据权利要求3所述的一种高精度陀螺加速度计标定测试系统，其特征在于：所述高精度脉冲采集计数卡采用光耦对输入信号进行隔离，同时采用具有施密特触发功能的反相器，对信号进行整形，提高抗干扰能力。