CN109916428B - 设备内陀螺仪传感系统性能测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了设备内陀螺仪传感系统性能测试方法及装置，方法包括：控制待测设备与中断信号产生设备一同做变速旋转；依次记录中断信号产生设备产生各中断信号时的相应第一时间戳；分别计算中断信号产生设备在各相邻的第一时间戳时段内的平均角速度；依据各平均角速度以及第一时间戳建立角速度与时间的第一函数；获取待测设备内部陀螺仪传感系统采集的若干采样角速度，并记录获取到各采样角速度时的相应第二时间戳；依据各采样角速度以及第二时间戳建立角速度与时间的第二函数；以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的参数偏差。待测设备与中断信号产生设备一同做变速旋转，确立参考系，实现对设备内部陀螺仪传感系统性能有效的评估。

Description

设备内陀螺仪传感系统性能测试方法及装置

技术领域

本发明涉及设备性能测量技术领域，尤其涉及一种设备内陀螺仪传感系统性能测试方法及装置。

背景技术

VR、无人机等设备的陀螺仪数据（角速度）延时、误差是衡量设备的重要指标。例如，VR设备需要依据使用者的头部转动数据来刷新显示。刷新延时大于20ms时，会给人造成眩晕感。

陀螺仪传感系统的陀螺仪数据从采集到应用的延时主要包括：

采样延时：陀螺仪传感系统采样动作延时，输出频率越高的陀螺仪传感系统，采样率越高，延时越低。

传输延时：陀螺仪传感系统将陀螺仪数据通过总线传输到处理器，传输过程，造成延时。

缓存延时：陀螺仪数据采集、发送、接收过程都存在缓存，缓存长度和系统性能相关，缓存造成延时。

处理延时：陀螺仪数据接收完成，处理器的消费过程会造成延时。

目前，行业内并没有简单、有效的方法来度量VR等设备内陀螺仪传感系统的性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种设备内陀螺仪传感系统性能测试方法及装置，该方法或装置通过控制待测设备与中断信号产生设备一同做变速旋转；记录中断信号产生设备的相关数据，确立高精度、低延时的参考系，对比设备内部陀螺仪传感系统自身采集的数据的偏差，解决了现有的陀螺仪传感系统性能测试方法复杂、不可靠的问题。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种设备内陀螺仪传感系统性能测试方法，包括以下步骤：控制待测设备与中断信号产生设备一同做变速旋转；依次记录中断信号产生设备产生各中断信号时的相应第一时间戳；分别计算中断信号产生设备在各相邻的第一时间戳时段内的平均角速度；依据各平均角速度以及第一时间戳建立角速度与时间的第一函数；获取待测设备内部陀螺仪传感系统采集的若干采样角速度，并记录获取到各采样角速度时的相应第二时间戳；依据各采样角速度以及第二时间戳建立角速度与时间的第二函数；以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的参数偏差。

进一步地，所述控制待测设备与中断信号产生设备一同做变速旋转包括以下步骤：

向旋转台发送连续的转速控制信号，控制旋转台做变速旋转；通过旋转台带动待测设备与中断信号产生设备一同旋转；通过若干顺次排列的挡板阻挡中断信号产生设备发射或接收的信号，使得中断信号产生设备产生若干中断信号。

进一步地，所述依次记录中断信号产生设备产生各中断信号时的相应第一时间戳由待测设备内部的处理器执行；并且，所述获取待测设备内部陀螺仪传感系统采集的若干采样角速度，并记录获取到各采样角速度时的相应第二时间戳由待测设备内部的处理器执行。

进一步地，所述以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的参数偏差包括以下步骤：

以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的时间差；或者，以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的角速度值的偏差。

进一步地，所述以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的时间差包括以下步骤：

计算第一函数与第二函数多个相同特征点之间的时间间隔，计算各时间间隔的平均值。

进一步地，所述计算第一函数与第二函数多个相同特征点之间的时间间隔，计算各时间间隔的平均值包括以下步骤：

计算第一函数与第二函数相对应的波峰之间的时间间隔

；并且，计算第一函数与第二函数相对应的波谷之间的时间间隔

；计算时间间隔

及时间间隔

的平均值。

一种设备内陀螺仪传感系统性能测试装置，包括旋转台、若干中断信号产生设备、若干挡板。各中断信号产生设备安装在旋转台上。各挡板设置在旋转台的旁边；各挡板之间存在间隔。旋转台用于带动待测设备及中断信号产生设备一同旋转。在中断信号产生设备经过各挡板的状态下，中断信号产生设备产生相应的中断信号。

进一步地，待测设备内部的处理器分别与各中断信号产生设备电连接。处理器捕捉各中断信号相应的第一时间戳。处理器还获取待测设备内部陀螺仪传感系统采集的若干采样角速度，并记录获取到各采样角速度时的相应第二时间戳。处理器依据各平均角速度以及第一时间戳建立角速度与时间的第一函数，依据各采样角速度以及第二时间戳建立角速度与时间的第二函数，并以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的参数偏差

进一步地，各挡板呈等距离间隔分布。各挡板以旋转台的中心为圆心呈扇形分布。

进一步地，各中断信号产生设备环绕旋转台的中心等距离间隔分布。两个相距最远的挡板之间的扇形弧度不大于两个相邻的中断信号产生设备之间的扇形弧度。

本发明的有益效果：

(1)该方法通过控制待测设备与中断信号产生设备一同做变速旋转，记录中断信号产生设备的相关数据，确立高精度、低延时的参考系，对比设备内部陀螺仪传感系统自身采集的角速度，实现对设备内部陀螺仪传感系统性能简单、有效的评估，为提高产品体验提供科学依据。

(2)该装置通过旋转台带动待测设备与中断信号产生设备一同做变速旋转，使得待测设备内部处理器可以依据中断信号产生设备的相关数据建立高精度、低延时的参考系，对比设备内部陀螺仪传感系统自身采集的角速度，实现对设备内部陀螺仪传感系统性能简单、有效的评估；该装置可通过调节挡板和中断信号产生设备的数量来调整测试精度，参考标准延时级别为微秒级，满足设备的测试需求。

(3)该方法或装置利用待测设备自身的采样和处理性能，将参考数据和待评估数据置于同一时间坐标系内，减少了时间误差。

附图说明

图1为本发明设备内陀螺仪传感系统性能测试方法的流程示意图。

图2为本发明设备内陀螺仪传感系统性能测试装置的结构示意图。

图3为本发明中第一函数f1与第二函数f2的坐标对比图。

其中，图1至图3的附图标记为：旋转台1、中断信号产生设备2、挡板3、待测设备4。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

如图1所示，一种设备内陀螺仪传感系统性能测试方法，包括以下步骤1至步骤7：

步骤1：控制待测设备与中断信号产生设备一同做变速旋转。

保持中断信号产生设备与待测设备具有同样的转速，中断信号产生设备响应速度快，依据中断信号产生设备获得的转动参数具有更高的精度和更低的延时，这样，可以以中断信号产生设备的转动参数反映待测设备的实际转动参数。待测设备为VR设备、Controller手柄或无人机等需要陀螺仪数据的移动设备。

具体地，步骤1包括以下步骤：

步骤101：向旋转台发送连续的转速控制信号，控制旋转台做变速旋转。

旋转台的转速随着控制信号的电平大小呈正相关变化。例如，转速控制信号为正弦波信号，则旋转台的转速也呈正弦波变化。旋转台做变速旋转，使得旋转台的角速度在不同的时间点上具有不同的特征点。

步骤102：通过旋转台带动待测设备与中断信号产生设备一同旋转。

步骤103：通过若干顺次排列的挡板阻挡中断信号产生设备发射或接收的信号，使得中断信号产生设备产生若干中断信号。

中断信号产生设备经过挡板时，其发射或接收方向的信号被遮挡，此时中断信号产生设备产生电平跳变，即为中断信号。

步骤2：依次记录中断信号产生设备产生各中断信号时的相应第一时间戳。

在本实施例中，通过待测设备内部的处理器依次记录中断信号产生设备产生各中断信号时的相应第一时间戳。

每次产生中断信号，只需记录相应的第一时间戳，不作其它处理，中断信号产生设备的数据延时可以达到微秒级，更接近真实情况。

步骤3：分别计算中断信号产生设备在各相邻的第一时间戳时段内的平均角速度。

挡板位置固定后，旋转台在相邻的第一时间戳时段内的转动角度则是已知的（或说是可求的），依据

即可求出待测设备在各相邻的第一时间戳时段内的平均角速度，其中

表示待测设备在各相邻的第一时间戳时段内的转动角度，

表示相邻的第一时间戳时段间隔。

步骤4：依据各平均角速度以及第一时间戳建立角速度与时间的第一函数f1。

步骤5：获取待测设备内部陀螺仪传感系统采集的若干采样角速度，并记录获取到各采样角速度时的相应第二时间戳。

在本实施例中，通过待测设备内部的处理器获取待测设备内部陀螺仪传感系统采集的若干采样角速度，并记录获取到各采样角速度时的相应第二时间戳。

步骤6：依据各采样角速度以及第二时间戳建立角速度与时间的第二函数f2。

步骤7：以第一函数f1为参考，计算第二函数f2相对于第一函数f1的参数偏差，评估待测设备内部陀螺仪传感系统的性能。

具体地，以第一函数f1为参考，计算第二函数f2相对于第一函数f1的时间差，评估待测设备的陀螺仪数据的延时。或者，以第一函数f1为参考，计算第二函数f2相对于第一函数f1的角速度值的偏差，评估待测设备内部陀螺仪传感系统的角速度测量误差。

更具体地，如图3所示，计算第一函数f1与第二函数f2多个相同特征点之间的时间间隔，将各时间间隔求平均，其求平均的结果即为第二函数f2相对于第一函数f1的时间差。

较佳地，计算第一函数f1与第二函数f2若干相对应的波峰之间的时间间隔

；并计算第一函数f1与第二函数f2若干相对应的波谷之间的时间间隔

；对

与

求平均，即为待测设备内部陀螺仪传感系统的数据延时。

因为在本实施中f1、f2都是在待测设备内部的处理器中记录的，所以两者具有统一的时钟体系。将f1、f2置于同一时间坐标系内，减小了时间误差。

同样的，计算第一函数f1与第二函数f2若干相对应的波峰值的大小偏差；再计算第一函数f1与第二函数f2若干相对应的波谷值的大小偏差；将各波峰值大小偏差和波谷值大小偏差求平均，即为陀螺仪传感系统的角速度测量误差。此外，对陀螺仪传感系统的角速度测量误差进行积分，则可评估待测设备在一定时间内的空间姿态偏移量。

本实施例以第一函数f1为参考系，对待测设备的陀螺仪传感系统性能进行评估。第一函数f1具有更高的精度和更低的延时。

第一函数f1具有更高的精度：

在角速度变速运动中，截取一小段，视为匀加速运动，设初始角速度为

，终止角速度为

，角加速度为a，则其测量最大误差为：

m、n为可调参数，决定了各第一时间戳之间的时段间隔，m、n越大，误差越小。可以根据实验的目标精度要求调整m、n的值。

第一函数f1具有更低的延时：

待测设备捕捉中断能力一般很容易在10M以上，也就是延时低于0.1微妙。而所需要评估的陀螺仪传感系统角速度延时一般在毫秒级别。因此，第一函数f1反映了待测设备真实的转动情况。

实施例2：

如图2所示，一种设备内陀螺仪传感系统性能测试装置，用于实现上述的设备内陀螺仪传感系统性能测试方法方法，包括旋转台1、若干中断信号产生设备2、若干挡板3。

各中断信号产生设备2安装在旋转台1的边沿上；各中断信号产生设备2环绕旋转台1的中心等距离间隔分布。各挡板3设置在旋转台1旁边；各挡板3等距离间隔分布。较佳地，各挡板3以旋转台1的中心为圆心呈扇形分布。两个相距最远的挡板3之间的扇形弧度不大于两个相邻的中断信号产生设备2之间的扇形弧度。旋转台1用于带动待测设备4及中断信号产生设备2一同旋转。

待测设备4内部的处理器的中断引脚分别与各中断信号产生设备2电连接。在中断信号产生设备2经过各挡板3的状态下，中断信号产生设备2产生相应的中断信号，待测设备4内部的处理器通过中断引脚捕捉到相应的中断时间戳。

中断信号产生设备2可以是光电传感器，也可以是霍尔传感器。

工作原理：

根据待测轴，将待测设备4平放并固定于旋转台1，待测设备4自带陀螺仪传感系统传感器。给定转速控制信号后，旋转台1开始旋转。旋转台1的转速随着控制信号的电平大小呈正相关变化。例如，转速控制信号为正弦波信号，则旋转台1的转速也呈正弦波变化。当中断信号产生设备2经过挡板3时，产生中断信号，待测设备4内部的处理器捕捉到各中断信号的第一时间戳。

每次产生中断信号，只需记录第一时间戳，不作其它处理，中断信号产生设备2的数据延时可以达到微秒级，更接近真实情况。

挡板3位置固定后，旋转台1在相邻的第一时间戳时段内的转动角度则是已知的（或说是可求的）。在本实施例中，由于各中断信号产生设备2之间以及各挡板3之间的间距是相同的，假设中断信号产生设备2的数量为m，挡板3的数量为n，因此，旋转台1在相邻的第一时间戳时段内的转动角度s=2π/n*m。m、n为可调参数，m、n越大，误差越小。可以根据实验的目标精度要求调整m、n的值。

分别计算待测设备4在各相邻的第一时间戳时段内的平均角速度：

记第i个中断信号产生设备2经过第j个挡板3时角速度为

，其中i= （1，2...n），j = （1，2 ...m）。

记第i个中断信号产生设备2经过第j个挡板3时，中断采集时间戳为

，则

记录

和对应时间戳

，绘制第一函数f1。1个光电传感器依次经过n个挡板3时，可产生n个第一时间戳。理论上，中断信号产生设备2的数量为一个也可以。通过多个中断信号产生设备2在旋转台1上旋转，保证待测设备4内部的处理器可以持续的记录足够多的第一时间戳。

通过待测设备4内部的处理器获取待测设备4内部陀螺仪传感系统采集的若干采样角速度，并记录获取到各采样角速度时的相应第二时间戳。

依据各采样角速度以及第二时间戳建立角速度与时间的第二函数f2。

以第一函数f1为参考，计算第二函数f2的延时和/或精度：

如图3所示，将第一函数f1与第二函数f2进行对比，第二函数f2相对于第一函数f1的时间差即为待测设备4内部陀螺仪传感系统的数据延时。

在一个实施例中，计算第一函数f1与第二函数f2多个相同特征点之间的时间间隔，将各时间间隔求平均，其求平均的结果即为第二函数f2相对于第一函数f1的时间差。

较佳地，计算第一函数f1与第二函数f2若干相对应的波峰之间的时间间隔

；并计算第一函数f1与第二函数f2若干相对应的波谷之间的时间间隔

；对

与

求平均，即为待测设备4内部陀螺仪传感系统的数据延时。

因为在本实施中，f1、f2都是在待测设备4内部的处理器中记录的，两者具有统一的时钟体系，将f1、f2置于同一时间坐标系内，减小了时间误差。

同样的，计算第一函数f1与第二函数f2若干相对应的波峰值的大小偏差；再计算第一函数f1与第二函数f2若干相对应的波谷值的大小偏差；将各波峰值大小偏差和波谷值大小偏差求平均，即为陀螺仪传感系统的角速度测量误差。此外，对陀螺仪传感系统的角速度测量误差进行积分，则可评估待测设备4在一定时间内的空间姿态偏移量。

本实施例以第一函数f1为参考系，对待测设备4的陀螺仪传感系统性能进行评估。第一函数f1具有更高的精度和更低的延时。

第一函数f1具有更高的精度：

在角速度变速运动中，截取一小段，视为匀加速运动，设初始角速度为

，终止角速度为

，角加速度为a，则其测量最大误差为：

m、n为可调参数，决定了各第一时间戳之间的时段间隔，m、n越大，误差越小。可以根据实验的目标精度要求调整m、n的值。

第一函数f1具有更低的延时：

待测设备4捕捉中断能力一般很容易在10M以上，也就是延时低于0.1微妙。而所需要评估的陀螺仪传感系统角速度延时一般在毫秒级别。因此，第一函数f1反映了待测设备4真实的转动情况。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其它改进和变化均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种设备内陀螺仪传感系统性能测试方法，其特征在于：包括以下步骤：控制待测设备与中断信号产生设备一同做变速旋转；依次记录中断信号产生设备产生各中断信号时的相应第一时间戳；分别计算中断信号产生设备在各相邻的第一时间戳时段内的平均角速度；依据各平均角速度以及第一时间戳建立角速度与时间的第一函数；获取待测设备内部陀螺仪传感系统采集的若干采样角速度，并记录获取到各采样角速度时的相应第二时间戳；依据各采样角速度以及第二时间戳建立角速度与时间的第二函数；以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的参数偏差；

所述以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的参数偏差包括以下步骤：以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的时间差；或者，以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的角速度值的偏差；所述以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的时间差包括以下步骤：计算第一函数与第二函数多个相同特征点之间的时间间隔，计算各时间间隔的平均值。

2.根据权利要求1所述的设备内陀螺仪传感系统性能测试方法，其特征在于：所述控制待测设备与中断信号产生设备一同做变速旋转包括以下步骤：向旋转台发送转速控制信号，控制旋转台做变速旋转；通过旋转台带动待测设备与中断信号产生设备一同旋转；通过若干顺次排列的挡板阻挡中断信号产生设备发射或接收的信号，使得中断信号产生设备产生若干中断信号。

3.根据权利要求1所述的设备内陀螺仪传感系统性能测试方法，其特征在于：所述依次记录中断信号产生设备产生各中断信号时的相应第一时间戳由待测设备内部的处理器执行；并且，所述获取待测设备内部陀螺仪传感系统采集的若干采样角速度，并记录获取到各采样角速度时的相应第二时间戳由待测设备内部的处理器执行。

4.根据权利要求3所述的设备内陀螺仪传感系统性能测试方法，其特征在于：所述计算第一函数与第二函数多个相同特征点之间的时间间隔，计算各时间间隔的平均值包括以下步骤：计算第一函数与第二函数相对应的波峰之间的时间间隔

并且，计算第一函数与第二函数相对应的波谷之间的时间间隔

计算时间间隔

及时间间隔

的平均值。

5.一种设备内陀螺仪传感系统性能测试装置，其特征在于：包括旋转台、若干中断信号产生设备、若干挡板；各所述中断信号产生设备安装在所述旋转台上；各所述挡板设置在所述旋转台的旁边；各所述挡板之间存在间隔；所述旋转台用于带动待测设备及所述中断信号产生设备一同旋转；在所述中断信号产生设备经过各所述挡板的状态下，所述中断信号产生设备产生相应的中断信号；所述待测设备内部的处理器分别与各所述中断信号产生设备电连接；所述处理器捕捉各中断信号相应的第一时间戳；所述处理器还获取所述待测设备内部陀螺仪传感系统采集的若干采样角速度，并记录获取到各采样角速度时的相应第二时间戳；所述处理器依据各平均角速度以及第一时间戳建立角速度与时间的第一函数，依据各采样角速度以及第二时间戳建立角速度与时间的第二函数，并以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的参数偏差；

所述以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的参数偏差包括以下步骤：以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的时间差；或者，以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的角速度值的偏差；所述以第一函数为参考，计算第二函数相对于第一函数的时间差包括以下步骤：计算第一函数与第二函数多个相同特征点之间的时间间隔，计算各时间间隔的平均值。

6.根据权利要求5所述的设备内陀螺仪传感系统性能测试装置，其特征在于：各所述挡板呈等距离间隔分布；各所述挡板以所述旋转台的中心为圆心呈扇形分布。

7.根据权利要求5或6所述的设备内陀螺仪传感系统性能测试装置，其特征在于：各所述中断信号产生设备环绕所述旋转台的中心等距离间隔分布；两个相距最远的所述挡板之间的扇形弧度不大于两个相邻的所述中断信号产生设备之间的扇形弧度。

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