CN109443390B - 一种数字陀螺仪相位延时测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于计算机技术领域，提供了一种数字陀螺仪相位延时测试系统，包括角振动台、标准模拟传感器、被测数字陀螺仪、测试设备和上位机；角振动台产生振动动作；被测数字陀螺仪检测角振动台的振动动作并输出振动数字信号；标准模拟传感器检测角振动台的振动动作并输出振动模拟信号；测试设备根据上位机下达的同步采集指令同步采集振动数字信号及振动模拟信号，并发送至上位机；上位机计算振动数字信号和振动模拟信号的相对相位延时，根据相对相位延时及第一预设延时，计算被测数字陀螺仪的相位延时时间。本发明通过测试设备对数字信号和模拟信号同步采集，从而根据数字信号和模拟信号的相对相位延时，实现被测数字陀螺仪的相位延时检测。

Description

一种数字陀螺仪相位延时测试系统

技术领域

本发明属于计算机技术领域，尤其涉及一种数字陀螺仪相位延时测试系统。

背景技术

陀螺仪分为数字陀螺仪和模拟陀螺仪，模拟陀螺仪相位延时的检测可利用角振动台，通过同时检测角振动台标准传感器的模拟输出和被测陀螺仪的模拟输出，对比两路模拟输出信号，得到模拟陀螺仪的相位延时。

然而，现有技术中，针对数字陀螺仪，在数字陀螺仪的相位延时检测过程中，数字陀螺仪在敏感到角振动台的角速率信号后需要将其转换为模拟电压信号输出给测试设备，测试设备再对模拟电压信号进行模数转换得到数字信号，可见，数字信号的采集过程比较复杂，现有技术不能准确的完成数字陀螺仪的相位延时的检测。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种数字陀螺仪相位延时测试系统，以解决现有技术中数字陀螺仪相位延时检测不准确的问题。

本发明实施例提供了一种数字陀螺仪相位延时测试系统，包括：角振动台、标准模拟传感器、被测数字陀螺仪、测试设备和上位机；

所述角振动台用于根据预设测试指令产生振动动作；

所述被测数字陀螺仪用于检测所述角振动台的振动动作并输出振动数字信号；

所述标准模拟传感器用于检测所述角振动台的振动动作并输出振动模拟信号；

所述测试设备用于获取所述上位机下发的同步采集指令，并根据所述同步采集指令同步采集所述振动数字信号及所述振动模拟信号，对所述振动数字信号和所述振动模拟信号分别进行处理，以及将处理后的振动数字信号和振动模拟信号发送至所述上位机；

所述上位机根据所述处理后的振动数字信号和振动模拟信号，计算所述振动数字信号和所述振动模拟信号的相对相位延时，并根据所述相对相位延时及所述标准模拟传感器的第一预设延时，计算所述被测数字陀螺仪的相位延时时间。

在一个实施例中，所述测试设备包括FPGA主控模块、数字信号调理模块和模拟电压采集模块；

所述数字信号调理模块用于将所述被测数字陀螺仪输出的数字信号的电平进行逻辑转换，得到第一数字信号，并输出至所述FPGA主控模块；

所述模拟电压采集模块用于采集所述标准模拟传感器输出的模拟信号，并将所述模拟信号转化为第二数字信号输送至所述FPGA主控模块；

所述FPGA主控模块根据所述同步采集指令同步接收所述第一数字信号和所述第二数字信号，并将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送至所述上位机。

在一个实施例中，所述上位机用于，在检测到所述第一数字信号的第一采样率小于预设采样率时，将所述第二数字信号的采样率调整为所述第一数字信号的采样率的倍数。

在一个实施例中，所述FPGA主控模块还用于在采集所述第一数字信号的同时，通过所述模拟电压采集模块采集模拟信号，且每采集完成一个第一数字信号，向所述模拟电压采集模块调用一个经过模数转换后的第二数字信号。

在一个实施例中，所述数字信号调理模块包括电平转换电路和隔离电路，所述电平转换电路分别与所述被测数字陀螺仪和所述隔离电路连接，所述隔离电路与所述FPGA主控模块连接。

在一个实施例中，所述电平转换电路用于将被测数字陀螺仪输出的数字信号从第一电平转换为所述FPGA主控模块允许接入的第二电平。

在一个实施例中，所述隔离电路用于隔离所述电平转换后的数字信号中携带的干扰信号。

在一个实施例中，所述被测数字陀螺仪与所述测试设备通过SPI数字总线连接。

在一个实施例中，所述被测数字陀螺仪与所述测试设备通过RS422数字总线连接。

在一个实施例中，所述模拟电压采集模块为ADC模数转换模块。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例提供的数字陀螺仪相位延时测试系统包括角振动台、标准模拟传感器、被测数字陀螺仪、测试设备和上位机；角振动台用于根据预设测试指令产生振动动作；被测数字陀螺仪用于检测角振动台的振动动作并输出振动数字信号；标准模拟传感器用于检测角振动台的振动动作并输出振动模拟信号；测试设备用于获取上位机下发的同步采集指令，并根据同步采集指令同步采集振动数字信号及振动模拟信号，对振动数字信号和振动模拟信号分别进行处理，以及将处理后的振动数字信号和振动模拟信号发送至上位机；上位机根据处理后的振动数字信号和振动模拟信号，计算振动数字信号和振动模拟信号的相对相位延时，并根据相对相位延时及标准模拟传感器的第一预设延时，计算被测数字陀螺仪的相位延时时间。本发明通过测试设备对数字信号和模拟信号同步采集，从而根据数字信号和模拟信号的相对相位延时，实现被测数字陀螺仪的相位延时检测，提高数字陀螺仪相位延时的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的数字陀螺仪相位延时测试系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的数字陀螺仪相位延时测试系统的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例1：

图1示出了本发明的一个实施例提供的一种数字陀螺仪相位延时测试系统100的结构示意图，其包括：角振动台110、标准模拟传感器130、被测数字陀螺仪120、测试设备140和上位机150；

所述角振动台110用于根据预设测试指令产生振动动作；

所述被测数字陀螺仪120用于检测所述角振动台110的振动动作并输出振动数字信号；

所述标准模拟传感器130用于检测所述角振动台110的振动动作并输出振动模拟信号；

所述测试设备140用于获取所述上位机150下发的同步采集指令，并根据所述同步采集指令同步采集所述振动数字信号及所述振动模拟信号，对所述振动数字信号和所述振动模拟信号分别进行处理，以及将处理后的振动数字信号和振动模拟信号发送至所述上位机150；

所述上位机150根据所述处理后的振动数字信号和振动模拟信号，计算所述振动数字信号和所述振动模拟信号的相对相位延时，并根据所述相对相位延时及所述标准模拟传感器130的第一预设延时，计算所述被测数字陀螺仪120的相位延时时间。

在本实施例中，所述角振动台110分别与所述标准模拟传感器130和被测数字陀螺仪120连接，所述标准模拟传感器130和所述被测数字陀螺仪120分别与所述测试设备140连接，所述测试设备140与所述上位机150连接。

在本实施例中，数字陀螺仪相位延时测试系统100包括角振动台110、测试设备140和上位机150。其中，角振动台110内部或角振动台110上安装有标准模拟传感器130，被测数字陀螺仪120安装在角振动台110上。在开始测试前，需要设置角振动台110振动的频率和幅值，角振动台110根据设定的频率和幅值开始转动和振动，标准模拟传感器130检测角振动台110的振动角速率，并将振动角速率转换为振动模拟信号输出至测试设备140，同时，被测数字陀螺仪120检测角振动台110的振动角速率并转换为振动数字信号输出至测试设备140。

在本实施例中，上位机150可以为计算机电脑或者工控机，上位机150发送同步采集指令至测试设备140，测试设备140根据同步采集指令同步采集振动数字信号和振动模拟信号，并将同步采集的振动数字信号和振动模拟信号进行处理后发送到上位机150，上位机150根据处理后的振动数字信号和振动模拟信号计算两个信号的相对相位延时，而标准传感器自身存在延时，所以上位机预存有标准模拟传感器130的第一预设延时，则可以根据标准模拟传感器130的第一预设延时与振动数字信号和振动模拟信号的相对相位延时，得到被测数字陀螺仪120的相位延时时间。

在本实施例中，假设得到的振动数字信号和振动模拟信号均为正弦波，则可计算振动数字信号波形和振动模拟信号波形的相位差作为两个信号的相对相位延时。

从上述实施例可知，本发明实施例提供的数字陀螺仪相位延时测试系统100包括角振动台110、标准模拟传感器130、被测数字陀螺仪120、测试设备140和上位机150；角振动台110用于根据预设测试指令产生振动动作；被测数字陀螺仪120用于检测角振动台110的振动动作并输出振动数字信号；标准模拟传感器130用于检测角振动台110的振动动作并输出振动模拟信号；测试设备140用于获取上位机150下发的同步采集指令，并根据同步采集指令同步采集振动数字信号及振动模拟信号，对振动数字信号和振动模拟信号分别进行处理，以及将处理后的振动数字信号和振动模拟信号发送至上位机150；上位机150根据处理后的振动数字信号和振动模拟信号，计算振动数字信号和振动模拟信号的相对相位延时，并根据相对相位延时及标准模拟传感器130的第一预设延时，计算被测数字陀螺仪120的相位延时时间。本发明通过测试设备140对数字信号和模拟信号同步采集，从而根据数字信号和模拟信号的相对相位延时，实现被测数字陀螺仪120的相位延时检测，提高数字陀螺仪相位延时的准确性。

如图2所示，在一个实施例中，所述测试设备140包括FPGA(Field-ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)主控模块143、数字信号调理模块141和模拟电压采集模块142；

所述数字信号调理模块141用于将所述被测数字陀螺仪120输出的数字信号的电平进行逻辑转换，得到第一数字信号，并输出至所述FPGA主控模块143；

所述模拟电压采集模块142用于采集所述标准模拟传感器130输出的模拟信号，并将所述模拟信号转化为第二数字信号输送至所述FPGA主控模块143；

所述FPGA主控模块143根据所述同步采集指令同步接收所述第一数字信号和所述第二数字信号，并将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送至所述上位机150。

在本实施例中，测试设备140包括FPGA主控模块143、数字信号调理模块141和模拟电压采集模块142，测试设备140采用NI-RIO系列可重配置I/O的FPGA主控模块143进行开发，并通过模拟电压采集模块142采集标准模拟传感器130输出的振动模拟信号，整个测试设备140的核心是基于FPGA的RIO板卡。

在本实施例中，数字信号调理模块141用于将被测数字陀螺仪120输出的振动数字信号的电平转换为FPGA主控模块143的数字端口允许接入的电平。

在一个实施例中，所述上位机150用于，在检测到所述第一数字信号的第一采样率小于预设采样率时，将所述第二数字信号的采样率调整为所述第一数字信号的采样率的倍数。

在一个实施例中，所述FPGA主控模块143还用于在采集所述第一数字信号的同时，通过所述模拟电压采集模块142采集模拟信号，且每采集完成一个第一数字信号，向所述模拟电压采集模块142调用一个经过模数转换后的第二数字信号。

在本实施例中，FPGA主控模块143通过两个并行行程同时采集振动数字信号和振动模拟信号，其过程具体包括：

FPGA主控模块143通过第一行程按照第一采样率通过数字信号调理模块141采集振动数字信号转化的第一数字信号，在采集第一数字信号的同时，FPGA主控模块143的第二行程中模拟电压采集模块142也在不断的高速采集振动模拟信号，但此时FPGA主控模块143的振动模拟信号采集任务处于待命状态，当一个第一数字信号采集完毕时，FPGA主控模块143以第一数字信号采集完毕的时间点为起点，从模拟电压采集模块142调取一个经模数转换后的第二数字信号，由于FPGA主控模块143调取第二数字信号的时延非常小，可以忽略，因此，可以将第一数字信号采集完毕的时刻作为第一数字信号和第二数字信号的数据采集对齐点，从而解决了振动数字信号和振动模拟信号同步采集的问题。

在本实施例中，FPGA主控模块143中设有时钟，FPGA主控模块143根据上位机150下达的同步采集指令采集振动数字信号和振动模拟信号，同步采集指令中携带有第一采样率，FPGA主控模块143根据第一采样率同步采集第一数字信号和第二数字信号，也就是FPGA主控模块143在设定的第一采样率下读取解析完成振动数字信号一个数据点的时间和读取一个振动模拟信号的时间同步对齐。若第一采样率小于预设采样率，则通过上位机150向FPGA主控模块143下达采样率调整指令，采样率调整指令用于调整振动模拟信号的采样率为振动数字信号采样率的倍数关系，在信号处理时，对振动模拟信号进行重采样从而保证振动数字信号和振动模拟信号的时间同步性。

在一个实施例中，所述数字信号调理模块141包括电平转换电路和隔离电路，所述电平转换电路分别与所述被测数字陀螺仪120和所述隔离电路连接，所述隔离电路与所述FPGA主控模块143连接。

在一个实施例中，所述电平转换电路用于将被测数字陀螺仪120输出的数字信号从第一电平转换为所述FPGA主控模块143允许接入的第二电平。

在本实施例中，所述电平转换电路用于将被测数字陀螺仪120输出的数字信号从5V TTL电平转换为3.3V LVTTL电平。

在一个实施例中，所述隔离电路用于隔离所述电平转换后的数字信号中携带的干扰信号。

在一个实施例中，所述被测数字陀螺仪120与所述测试设备140通过SPI(SerialPeripheral Interface，串行外设接口)数字总线连接。

在一个实施例中，所述被测数字陀螺仪120与所述测试设备140通过RS422数字总线连接。

在一个实施例中，所述模拟电压采集模块142为ADC模数转换模块。

在本实施例中，数字陀螺仪相位延时测试系统100采用基于NI-RIO系列智能硬件的虚拟仪器架构搭建，通过RIO板卡的板载FPGA实现对数字陀螺仪和模拟传感器数据的采集与同步以及传输。系统的核心是FPGA主控模块143。为了实现振动模拟信号和振动数字信号的同步采集，采用的方式为通过采用较高的SPI数字总线以高速获取传感器数据，并根据数字传感器的单次读写周期来选择振动模拟信号的采样率，使得在被测陀螺仪完成一次数据读取过程时间内，标准信号传感器采集至少一个点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数字陀螺仪相位延时测试系统，其特征在于，包括：角振动台、标准模拟传感器、被测数字陀螺仪、测试设备和上位机；

所述角振动台用于根据预设测试指令产生振动动作；

所述被测数字陀螺仪用于检测所述角振动台的振动动作并输出振动数字信号；

所述标准模拟传感器用于检测所述角振动台的振动动作并输出振动模拟信号；

所述测试设备用于获取所述上位机下发的同步采集指令，并根据所述同步采集指令同步采集所述振动数字信号及所述振动模拟信号，对所述振动数字信号和所述振动模拟信号分别进行处理，以及将处理后的振动数字信号和振动模拟信号发送至所述上位机；

所述上位机根据所述处理后的振动数字信号和振动模拟信号，计算所述振动数字信号和所述振动模拟信号的相对相位延时，并根据所述相对相位延时及所述标准模拟传感器的第一预设延时，计算所述被测数字陀螺仪的相位延时时间；

所述测试设备包括FPGA主控模块、数字信号调理模块和模拟电压采集模块；

所述数字信号调理模块用于将所述被测数字陀螺仪输出的数字信号的电平进行逻辑转换，得到第一数字信号，并输出至所述FPGA主控模块；

所述模拟电压采集模块用于采集所述标准模拟传感器输出的模拟信号，并将所述模拟信号转化为第二数字信号输送至所述FPGA主控模块；

所述FPGA主控模块根据所述同步采集指令同步接收所述第一数字信号和所述第二数字信号，并将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送至所述上位机；

所述上位机还用于，在检测到所述第一数字信号的第一采样率小于预设采样率时，将所述第二数字信号的采样率调整为所述第一数字信号的采样率的倍数；

所述FPGA主控模块还用于在采集所述第一数字信号的同时，通过所述模拟电压采集模块采集模拟信号，且每采集完成一个第一数字信号，向所述模拟电压采集模块调用一个经过模数转换后的第二数字信号。

2.如权利要求1所述的数字陀螺仪相位延时测试系统，其特征在于，所述数字信号调理模块包括电平转换电路和隔离电路，所述电平转换电路分别与所述被测数字陀螺仪和所述隔离电路连接，所述隔离电路与所述FPGA主控模块连接。

3.如权利要求2所述的数字陀螺仪相位延时测试系统，其特征在于，所述电平转换电路用于将被测数字陀螺仪输出的数字信号从第一电平转换为所述FPGA主控模块允许接入的第二电平。

4.如权利要求2所述的数字陀螺仪相位延时测试系统，其特征在于，所述隔离电路用于隔离所述电平转换后的数字信号中携带的干扰信号。

5.如权利要求1至4任一项所述的数字陀螺仪相位延时测试系统，其特征在于，所述被测数字陀螺仪与所述测试设备通过SPI数字总线连接。

6.如权利要求1至4任一项所述的数字陀螺仪相位延时测试系统，其特征在于，所述被测数字陀螺仪与所述测试设备通过RS422数字总线连接。

7.如权利要求1至4任一项所述的数字陀螺仪相位延时测试系统，其特征在于，所述模拟电压采集模块为ADC模数转换模块。

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