CN111457941A - 一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法和装置。本发明提供的技术方案为：一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法和装置，其特征在于，包括以下步骤：用音频收集器持续采集合格安装的优质陀螺音频信息；将所述音频信息通过音频转换模块进行傅立叶变换，形成正常合格的音频特征图谱；提取各个陀螺音频的特征信息；对各个被测陀螺音频的特征图谱与合格陀螺的特征图谱进行比较分析，得出该陀螺安装是否符合要求的结论。本发明与现有技术相比的优点在于：将抖动或振动式陀螺系统工作状态下的音频信息作为数据监测，原理简单，无接触、操作简洁，准确度高。

Description

一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法和装置
技术领域
本发明涉及惯性导航、制导及控制领域，具体是指一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法和装置。
背景技术
陀螺仪是惯性系统尤其是捷联惯性系统的理想组件，已经大量应用于军事和民用领域。例如，在激光陀螺仪的误差源中，锁区效应是限制激光陀螺实际应用的主要误差源之一。为了克服这一效应提高激光陀螺测量角速率的精度，必须为激光陀螺加入偏频措施，一种常用的偏频措施是对激光陀螺本体沿测量方向外加一个微小的周期性的抖动，使激光陀螺绝大部分时间工作在锁区之外，即机械抖动激光陀螺方案；又例如半球谐振陀螺，这种陀螺是利用半球壳唇缘的径向振动驻波进动效应来感测基座旋转的一种哥式振动陀螺，其振动频率为4kHz～5kHz，半球谐振陀螺对于整个系统的品质因数要求极高，常用的测试方法是使用一种激光多普勒测试系统，该系统精度高但是极为昂贵。
在实际构建各种抖动式或振动式陀螺的惯性导航系统时，陀螺要安装在惯性测量载体中的安装基座上，甚至通常为三个或四个同时安装，安装不当不但会影响导航系统的准确度和精度，也会影响到整个系统的平均故障间隔时间(MTBF)。
然而，各种抖动式或者产生振动的陀螺是否安装合格，目前只有CN105547294B发明公开了一种基于抖动灵敏度的二频机抖激光陀螺抖动灵敏度的评估方法，该方法通过设定二频机抖激光陀螺的目标抖动幅度和采集驱动电压，进而通过采集实际抖动幅度计算不同安装配置下的抖动灵敏度；对比不同安装配置下各二频机抖激光陀螺的抖动灵敏度大小，得到二频机抖激光陀螺惯性测量单元最佳安装配置方案。该方法仅针对二频机械抖动式激光陀螺系统，且其依据的是陀螺本身抖动机构的反馈量，对于其他类似的系统，该方法无法进行评价，并且该方法对于机械抖动陀螺自身也只能检测较大的安装误差，对于细小的影响并没有办法分辨。
CN 105547294 B发明公开了一种基于抖动灵敏度的二频机抖激光陀螺抖动灵敏度的评估方法，该方法通过设定二频机抖激光陀螺的目标抖动幅度和采集驱动电压，进而通过采集实际抖动幅度计算不同安装配置下的抖动灵敏度；对比不同安装配置下各二频机抖激光陀螺的抖动灵敏度大小，得到二频机抖激光陀螺惯性测量单元最佳安装配置方案。
该方法属于通用性的基本操作方法，仅用于评价陀螺的抖动装置安装是否正常，而不能评价整个陀螺系统安装的效果，外围连线等其他因素带来的影响使用这种方法是无法得知的。在平时的工作中，高精度、超高精度的抖动式激光陀螺以及半球谐振陀螺等振动式陀螺，都要求外界对其影响尽可能小，否则会对陀螺精度带来影响。但当前这些器件安装完毕后没有一种科学的可量化的装置和标准来评价，这大大制约了高精度器件的制备。
因此，目前仍没有简单易行的激光陀螺安装效果评价检验方法。
为解决目前由于任意安装或仅凭经验安装所造成的陀螺器件安装后性能下降、系统长时间工作可靠性下降、精度降低的问题，本发明提供一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价的装置和方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对以上问题提供一种科学可量化评价陀螺安装效果的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法和装置，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在一个时间区间内，采用音频收集器持续采集合格安装的优质陀螺音频信息，形成音频信息标准库；
(2)将所述音频信息通过音频转换模块进行傅立叶变换，提取音频信息中的特征信息，形成正常合格的音频特征图谱；
(3)由所述音频转换模块对被测陀螺运行时的音频信息进行提取并进行傅立叶变换，提取各个陀螺音频的特征信息；
(4)对各个被测陀螺音频的特征图谱与合格陀螺的特征图谱进行比较分析，得出该陀螺安装是否符合要求的结论。
本发明与现有技术相比的优点在于：将抖动或振动式陀螺系统工作状态下的音频信息作为监测对象，原理简单，无接触、操作简洁；首次公开了基于声谱分析的陀螺安装效果评价的装置和方法；评价方法的精度和准确度高，将安装效果的评价进行了科学的量化，是对相关领域工作的有益补充。
作为改进，所述步骤(1)的音频采集器要求频率响应不小于20Hz～100KHz范围；灵敏度不低于－40dB。
作为改进，所述步骤(1)的合格安装的陀螺可以取几个性能最好的陀螺进行采集，将这些性能优异的陀螺采集到的频谱认定为最优音频特征图谱。
作为改进，所述步骤(2)的音频特征信息，理想状态下的声音频谱有一个强烈的主峰，伴有较弱的2倍频、3倍频等。
作为改进，所述步骤(4)的比较分析，具体指的是特征图谱的频率范围是否在正常音频特征图谱内，是否没有出现异常的杂峰，如果是，则判定该陀螺的安装符合要求，否则需要重新调试，直到满足要求。
附图说明
图1是一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法的流程图。
图2是一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法的一种特征频谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明在具体实施时，一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价的装置和方法，主要包括以下步骤：
如图1所示，在一个时间区间内，采用音频收集器持续采集(注意避免环境干扰)合格安装的优质陀螺音频信息，形成音频信息库；
将所述音频信息通过音频转换模块进行傅立叶变换，提取音频信息中的特征信息，形成正常合格的音频特征图谱，如图2(表示可以用的特征图谱的一种，不能认为是唯一的标准)；
由所述音频转换模块对被测陀螺运行时的音频信息进行提取并进行傅立叶变换，提取各个陀螺音频的特征信息；
对各个被测陀螺音频的特征图谱与合格陀螺的特征图谱进行比较分析，得出该陀螺安装是否符合要求的结论。
步骤1所述的音频采集器要求频率响应不小于20Hz～100KHz范围；灵敏度不低于－40dB。
步骤1所述的合格安装的陀螺可以取几个性能最好的陀螺进行采集，将这些性能优异的陀螺采集到的频谱认定为最优音频特征图谱。
步骤2所述的音频特征信息，理想状态下的声音频谱有一个强烈的主峰，伴有较弱的2倍频、3倍频等。
步骤4所述的比较分析，具体指的是特征图谱的频率范围是否在正常音频特征图谱内，是否没有出现异常的杂峰，如果是，则判定该陀螺的安装符合要求，否则需要重新调试，直到满足要求。
本发明通过傅立叶转换原理对振动或者抖动式陀螺安装在系统上后工作产生的声谱进行分析，增加了一种可量化的数据监测控制手段，无接触测量、结构简单，操作极为简洁，可行性高，并且具有高精度和高准确度的优点。
本发明的工作原理：本发明公开了一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法和装置，主要涉及抖动式或者振动式陀螺系统在工作状态下的音频收集装置、对采集到的音频数据进行傅立叶变换、对音频信息进行对比分析的软件，通过以上软硬件及相关评判标准得到安装是否达到最优的结论。本发明还公开了一种陀螺安装效果评价的实现方法，将若干个安装合格、精度高的同类陀螺运行过程中产生的音频通过宽谱、高灵敏度的声音收集装置收集，将其运行的音频信息分别进行傅立叶变换，提取各个音频的特征信息建成该型陀螺参考音频范围和参考音频特征图谱。在安装其他抖动式或者振动式陀螺时，安装好后在工作状态收集其音频的特征信息，与参考特征图谱进行比对，看其频谱分布是否参考音频特征图谱一致，得到该陀螺安装是否达到最优的结论。本发明中声频的特征信息使用了傅立叶转换原理进行分析，评价方法实现可量化和可比对，同样实现了无接触测量。并且结构简单、操作简洁，可行性高，具有高精度和准确度，达到了可辅助判别的特点。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具本的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法和装置，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在一个时间区间内，采用音频收集器持续采集合格安装的优质陀螺音频信息，形成音频信息库；
(2)将所述音频信息通过音频转换模块进行傅立叶变换，提取音频信息中的特征信息，形成正常合格的音频特征图谱；
(3)由所述音频转换模块对被测陀螺运行时的音频信息进行提取并进行傅立叶变换，提取各个陀螺音频的特征信息；
(4)对各个被测陀螺音频的特征图谱与合格陀螺的特征图谱进行比较分析，得出该陀螺安装是否符合要求的结论。
2.根据权利要求1所述的一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法和装置，其特征在于：所述步骤(1)的音频采集器要求频率响应不小于20Hz～100KHz范围；灵敏度不低于－40dB。
3.根据权利要求1所述的一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法和装置，其特征在于：所述步骤(1)的合格安装的陀螺可以取几个性能最好的陀螺进行采集，将这些性能优异的陀螺采集到的频谱认定为最优音频特征图谱。
4.根据权利要求1所述的一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法和装置，其特征在于：所述步骤(2)的音频特征信息，理想状态下的声音频谱有一个强烈的主峰，伴有较弱的2倍频、3倍频等。
5.根据权利要求1所述的一种基于声谱分析的陀螺安装效果评价方法和装置，其特征在于：所述步骤(4)的比较分析，具体指的是特征图谱的频率范围是否在正常音频特征图谱内，是否没有出现异常的杂峰，如果是，则判定该陀螺的安装符合要求，否则需要重新调试，直到满足要求。
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