CN110285832B - 光纤陀螺惯测产品的标定参数长期稳定性缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明光纤陀螺惯测产品的标定参数长期稳定性缺陷检测方法。首先对拟进入长期稳定性试验的光纤陀螺惯测产品进行静态稳定性综合试验，同步考核产品的启动时间、一次通电稳定性、多次通电重复性是否满足产品任务书的技术要求；然后进行位置翻转试验，确认光纤陀螺惯测产品在参数标定试验涉及的翻转动作后是否可持续保持稳定，即是否满足产品任务书的一次通电稳定性要求；对于通过以上考核的光纤陀螺惯测产品，进行标定参数长期稳定性试验。本方法通过短期且低次数的试验来检测光纤陀螺惯测产品是否存在标定参数长期稳定性超差的隐患，提高产品通过长期稳定性试验的成功率，从而节约设备资源和时间成本，加快产品生产效率。

Description

光纤陀螺惯测产品的标定参数长期稳定性缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及惯性测量产品的标定参数长期稳定性评估方法，特别是一种通过进行短期试验来检测光纤陀螺惯测产品标定参数长期稳定性缺陷的方法，属于惯性测量技术领域。

背景技术

光纤陀螺惯测产品是敏感载体角速度和线加速度并进而完成导航和制导的关键器件。根据参加的飞行任务周期，对光纤陀螺惯测产品标定参数有效期的要求通常达到数月甚至数以年计，而对于高可靠性要求的重大任务，光纤陀螺惯测产品的长期稳定性试验通常需要按照与任务要求的参数有效期1:1的时间来进行。

由于光纤陀螺惯测产品设计技术涉及仪表、控制、机械、电子、光学、材料等多个学科，交叉学科广、研究难度大。受温度、振动、贮存环境的影响以及内部组件材料的特性，其标定参数随时间会发生非线性漂移，且长期稳定性研究比较复杂，影响长期稳定性的多种因素很难一一分析，通常只能通过光纤陀螺惯测产品实际进行长期稳定性试验的最终结果来确认，或通过试验过程中的参数变化趋势来估计。而在多数情况下，受限于人力和设备资源，以每天一次甚至仅每周一次的频率来进行长期稳定性试验都是很难保证的，所以当光纤陀螺惯测产品存在参数长期稳定性差的缺陷时，往往是到整套试验结束或者后半程才能确定，其后的处理包括故障排查以及重新进行长期稳定性试验，导致产品的生产周期极其冗长。

发明内容

本发明解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种光纤陀螺惯测产品的标定参数长期稳定性缺陷检测方法，预先剔除标定参数长期稳定性存在缺陷的产品，提高产品通过长期稳定性试验的成功率，从而节约设备资源和时间成本，加快产品生产效率。

本发明的技术方案是：一种光纤陀螺惯测产品的标定参数长期稳定性缺陷检测方法，步骤如下：

1)通过静态稳定性综合试验，考核每台产品实际需要的启动时间是否满足产品任务书中启动时间要求；

2)进行静态稳定性综合试验，考核每台产品在单位置下输出的一次通电稳定性是否满足产品任务书中一次通电稳定性要求；

3)进行静态稳定性综合试验，考核每台产品在单位置下输出的多次通电重复性是否满足产品任务书中多次通电重复性要求；

4)进行十二位置翻转试验，考核光纤陀螺惯测产品在参数标定试验涉及的翻转动作后是否可持续保持稳定，即是否满足产品任务书的一次通电稳定性要求；

5)对于通过以上试验考核的光纤陀螺惯测产品，进行标定参数长期稳定性试验。

所述静态稳定性综合试验，具体方法为：将光纤陀螺惯测产品放置于一个固定方位，进行6次通电测试，每次通电工作持续的时间为进行1次标定试验所需时间的1.5倍，相邻两次通电测试的间隔时间不小于4小时。

所述十二位置翻转试验，具体方法为：在光纤陀螺惯测产品保持通电测试状态下，依次按照“地北东、地南西、天北西、天南东、东地北、西地南、东天南、西天北、北东地、南西地、北西天、南东天”12个位置放置光纤陀螺惯测产品，每次位置翻转后静置的时间不小于10分钟。

所述静态稳定性综合试验，在同一试验流程中对产品的启动时间、一次通电稳定性和多次通电重复性三项指标进行同步考核，考核标准为：在单位置下的6次通电测试中，每一次测得的启动时间均满足产品任务书规定的启动时间要求；产品在每一次通电测试全程的输出稳定性均满足产品任务书规定的一次通电稳定性要求；产品在6次通电测试中的输出均值能满足产品任务书规定的多次通电重复性。

所述十二位置翻转试验，考核标准为：除去翻转过程，光纤陀螺惯测产品在试验全程的输出稳定性满足产品任务书规定的一次通电稳定性要求。

所述十二位置翻转试验，结果评估方法具体为：先从试验全程的产品输出数据中，删去翻转操作进行时的数据；根据不同位置下的惯性仪表输出值中包含测量轴所指方位的差别，用每个位置下测得的光纤陀螺仪输出减去对应方位的地速分量，并用每个位置下测得的加速度计输出减去对应方位的重力加速度分量，最后再将这十二段数据连接，进行一次通电稳定性评估。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明在对光纤陀螺惯测产品的大量长期稳定性测试数据进行分析的基础上，总结出影响产品标定参数长期稳定性的几种主要故障模式，及这些故障模式所对应的、具有高复现概率的特征现象；针对每一种特征现象，设计出简单、易实现的试验方法对其进行检测，另外，为进一步提高检测方法的效率，对各项试验流程进行适当的调整与合并，形成静态稳定性综合试验和十二位置翻转试验。对于通过两种试验考核的光纤陀螺惯测产品，方可进入长期稳定性试验。

由于光纤陀螺惯测产品受温度、振动、贮存环境的影响以及内部组件材料的特性，其标定参数随时间会发生非线性漂移，影响长期稳定性的多种因素很难一一分析，使得参数建模和预测非常困难。因此在多数情况下，为保证惯测产品的精度可靠性，主要还是通过以光纤陀螺惯测产品实际进行长期稳定性试验的最终结果来确认，而一旦试验失败，前期投入的时间和人力成本就全部浪费。而将本方法应用于存在参数长期稳定性缺陷的产品，仅通过3～4天简单、易实现的试验流程，即可检测出大多数原本需要经历数月稳定性试验才能甄别的故障产品，待缺陷解决后再进行后续试验。光纤陀螺惯测产品通过本方法考核后再进入长期稳定性试验，可显著提高产品的试验通过率，达到加快产品生产效率并节省时间成本、人力及设备资源的目的。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

具体实施方式

该方法的试验步骤可按表1进行。

表1标定参数长期稳定性缺陷快速检测方法的试验步骤

表1中，t为技术要求规定的启动时间，T为产品进行一次标定试验所需的时间。

下面对本发明的实现过程进行详细说明：

1)通过静态稳定性综合试验，考核每台产品实际需要的启动时间是否满足产品任务书中启动时间要求；

为保证标定参数稳定性，首先应确保每次标定试验开始时光纤惯组已经进入输出稳定状态。尤其是对于应用在恶劣热学环境下的惯性测量产品，经常采用温度控制的方式来保证惯组精度。因此在标定试验前，这类光纤陀螺惯测产品会先按照产品任务书规定的时间进行预热；如果标定试验开始时，产品中还存在输出未稳定的仪表，就会影响标定结果的准确性，进而导致长期稳定性超差。由生产过程的一致性差异所致，每台光纤陀螺惯测产品的启动时间不尽相同，需要通过试验来摸底。此处主要是关注在经过规定的启动时间后，产品中的各个惯性仪表是否都已达到稳定。

在静态稳定性综合试验中对光纤陀螺惯测产品进行6次相同位置的通电测试，每次测试时间为进行一次标定试验所需时间T的1.5倍，以确保该项考核可覆盖完整的标定试验全程。对每次通电测试中采集到的各陀螺仪及各加速度计的输出数据，分别进行逐点滚动的稳定性评估，即从第一个数据点或数据平滑点开始，计算每个点直至最后一点的稳定性。稳定性计算方法与产品任务书规定的一次通电稳定性计算方法一致。

当从某一数据点或数据平滑点起，计算的稳定性满足产品任务书规定的一次通电稳定性要求时，该点代表的时间即为该产品到达输出稳定阶段需要的启动时间。将产品内各惯性仪表所需启动时间的最大值作为产品的启动时间，并将产品的实际启动时间与任务书要求进行对比，如果满足要求，则可进入步骤2)。

2)进行静态稳定性综合试验，考核每台产品在单位置下输出的一次通电稳定性是否满足产品任务书中一次通电稳定性要求；

光纤陀螺惯测产品用的光纤陀螺仪和加速度计在总装前均已通过单表级的参数重复性考核，因此造成产品标定参数长期稳定性超差的原因通常在于仪表装入后所处整机环境与单表测试环境之间的差异性。例如，光纤陀螺仪在装入产品后，与其他仪表共用电源，加上产品内部复杂的热量传导，光纤陀螺仪的一次通电稳定性可能会受到干扰，出现波动、漂移或其他受扰现象；另外，光纤陀螺惯测产品在工作中，由于长时间的电应力和热应力累积，有时会在不确定时间点发生输出阶跃现象。而这种差异性造成的参数稳定性或重复性劣化通常伴随有高复现概率的特征现象，可以通过短期且低次数的试验来剔除。

对每次通电测试中采集到的各陀螺仪及各加速度计的输出数据分别进行一次通电稳定性评估，稳定性计算方法与产品技术要求规定的一次通电稳定性计算方法一致。将各惯性仪表的一次通电稳定性与任务书要求进行对比，如果均满足要求，则可进入步骤3)。

3)进行静态稳定性综合试验，考核每台产品在单位置下输出的多次通电重复性是否满足产品任务书中多次通电重复性要求；

对每次通电测试中采集到的各陀螺仪及各加速度计的输出数据分别进行均值计算，然后计算各惯性仪表在六次测试中的输出重复性。计算方法与产品任务书规定的重复性计算方法一致。将各惯性仪表的输出重复性与任务书要求进行对比，如果满足要求，则可进入步骤4)。

4)进行十二位置翻转试验，考核光纤陀螺惯测产品在参数标定试验涉及的翻转动作后是否可持续保持稳定，即是否满足产品任务书的一次通电稳定性要求；

光纤陀螺惯测产品产品的标定通常包括位置试验和速率试验，涉及产品的翻转操作。翻转进行时，产品因受到振动或内部空气流动造成热量传导，可能会出现惯性仪表输出发生漂移并重新回到稳定的过程，或者是翻转后的输出稳定性较好，但相对翻转前的输出发生偏移的情况。由于产品内部温度分布并无确定规律，因此不同方向和顺序的翻转操作对内部造成的影响也不同，需要对多种翻转操作进行试验，以确保考核的可靠性。

将光纤陀螺惯测产品通电，经过启动时间后，依次翻转至十二种位置，每次翻转后静置10分钟，此处主要关注产品在每种翻转操作后是否存在输出漂移现象，是否能够持续保持输出稳定。先从试验全程的产品输出数据中，删去翻转操作进行时的数据；由于不同位置下的惯性仪表输出值中包含测量轴所指方位的差别，需要用每个位置下测得的光纤陀螺仪输出减去对应方位的地速分量，并用每个位置下测得的加速度计输出减去对应方位的重力加速度分量，最后再将这12段数据连接，进行一次通电稳定性评估，稳定性计算方法与产品任务书规定的一次通电稳定性计算方法一致。如果该稳定性满足要求，则可进入步骤5)；

5)对于通过以上试验考核的光纤陀螺惯测产品，进行标定参数长期稳定性试验。

本发明的实施方式是较佳的实施方式，但并不局限于此。本领域的技术人员较容易根据上述实施方式进行惯性测量产品的标定参数长期稳定性判定，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围之内。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种光纤陀螺惯测产品的标定参数长期稳定性缺陷检测方法，其特征在于步骤如下：

1)通过静态稳定性综合试验，考核每台产品实际需要的启动时间是否满足产品任务书中启动时间要求；

2)进行静态稳定性综合试验，考核每台产品在单位置下输出的一次通电稳定性是否满足产品任务书中一次通电稳定性要求；

3)进行静态稳定性综合试验，考核每台产品在单位置下输出的多次通电重复性是否满足产品任务书中多次通电重复性要求；

4)进行十二位置翻转试验，考核光纤陀螺惯测产品在参数标定试验涉及的翻转动作后是否可持续保持稳定，即是否满足产品任务书的一次通电稳定性要求；

5)对于通过以上试验考核的光纤陀螺惯测产品，进行标定参数长期稳定性试验；

所述静态稳定性综合试验，具体方法为：将光纤陀螺惯测产品放置于一个固定方位，进行6次通电测试，每次通电工作持续的时间为进行1次标定试验所需时间的1.5倍，相邻两次通电测试的间隔时间不小于4小时；

所述十二位置翻转试验，具体方法为：在光纤陀螺惯测产品保持通电测试状态下，依次按照“地北东、地南西、天北西、天南东、东地北、西地南、东天南、西天北、北东地、南西地、北西天、南东天”12个位置放置光纤陀螺惯测产品，每次位置翻转后静置的时间不小于10分钟；

所述静态稳定性综合试验，在同一试验流程中对产品的启动时间、一次通电稳定性和多次通电重复性三项指标进行同步考核，考核标准为：在单位置下的6次通电测试中，每一次测得的启动时间均满足产品任务书规定的启动时间要求；产品在每一次通电测试全程的输出稳定性均满足产品任务书规定的一次通电稳定性要求；产品在6次通电测试中的输出均值能满足产品任务书规定的多次通电重复性；

所述十二位置翻转试验，考核标准为：除去翻转过程，光纤陀螺惯测产品在试验全程的输出稳定性满足产品任务书规定的一次通电稳定性要求；

所述十二位置翻转试验，结果评估方法具体为：先从试验全程的产品输出数据中，删去翻转操作进行时的数据；根据不同位置下的惯性仪表输出值中包含测量轴所指方位的差别，用每个位置下测得的光纤陀螺仪输出减去对应方位的地速分量，并用每个位置下测得的加速度计输出减去对应方位的重力加速度分量，最后再将这十二段数据连接，进行一次通电稳定性评估。

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