CN115655317B - 一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及陀螺仪工作温度检测，具体涉及一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法，用于解决现有选温方法仅能确认陀螺工作温度点满足要求，但无法给出合格工作温度范围，以及陀螺精度相对最佳工作温度点的不足之处。该二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法在调试阶段采用翻滚法选温结合浮子迟滞法检测对陀螺工作温度进行综合评价，并在自开展陀螺稳定性测试至交付前采用浮子迟滞法检测结合固定位置随机漂移测试对陀螺工作温度进行综合评价。本发明可实现陀螺产品闭环控制，并且所采用的测试方法均可通过自动化测试技术实现，大幅提高了陀螺测试效率，解决了现有选温方法费时费力的不足之处。

Description

一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法

技术领域

本发明涉及陀螺仪工作温度检测，具体涉及一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法。

背景技术

二浮陀螺由于其抗振动、耐冲击、可靠性高、寿命长等特点，被广泛应用于飞船、卫星、空间站、导弹、船舶的导航、航姿系统，二浮陀螺作为敏感器的姿态敏感元件，用来测量运载体的角运动，是非常重要的惯性敏感器。

二浮陀螺浮子与壳体之间的空隙充满浮液，使浮子全悬浮起来，从而减小浮子自重力对支撑的正压力；同时，利用轴承与轴尖之间形成的油膜，降低支撑系统摩擦系数，从而改善仪表的阈值与分辨率，对浮子运动起到阻尼作用，使仪表有良好的动态特性，同时提高仪表的抗振与抗冲击能力。二浮陀螺工作在力矩反馈状态，回路稳定时的输出反映该姿态下该时刻二浮陀螺的综合漂移情况，包括输入量测量成分、仪表固有误差成分、随机干扰成分、异常的摩擦力矩成分等。通常，在二浮陀螺工作时浮液确保了轴尖与轴承之间没有接触，浮子处于自由悬浮状态，轴尖与轴承之间的轴向和径向均存在间隙，轴尖的轴向和径向均有一定自由度。浮液的密度与温度有关，温度越高，密度越小，浮力越小，因此温度变化，导致浮子悬浮姿态变化，进而影响二浮陀螺精度。

二浮陀螺选用气浮轴承电机，即动压电机，动压电机是保证二浮陀螺抗力学环境设计的核心部件，动压气浮轴承是支承电机转子旋转的关键，由于工作间隙小，工作时依靠转子与定子相对运动，使进口气流被泵入动压气浮轴承工作面的螺旋槽，在轴承工作表面形成压力区，使得动压气浮轴承转子与定子脱离接触，定子、转子之间必须保证被气膜可靠安全隔离，具有足够支承刚度，才能保证动压气浮轴承安全可靠稳定地工作。

动压电机工作状态下动压气浮轴承运转过程无摩擦，因此消除了角接触轴承运动过程中抖动带来的影响，凸显了轴尖与直孔宝石轴承接触状态对陀螺精度带来的影响，表现出工作温度引起氟油参数变化，对二浮陀螺支撑系统摩擦力矩影响尤为明显，对外显现出不同温度点下，陀螺精度存在差异。二浮陀螺交付后，随单机及分系统经过各项环境试验考核，为了使陀螺能够适应环境温度变化带来的影响，在单表选温时需要选取陀螺精度相对最佳的工作温度点，同时在预设工作温度范围内选取最佳温度点附近的最大的合格工作温度范围，在该温度范围内陀螺精度均合格。从陀螺测试标准上，有陀螺滞环法、极轴法、固定位置随机漂移等不同选温方法。但现有测试方法只能确认陀螺工作温度点满足要求，但无法给出每块陀螺的合格工作温度范围，以及陀螺精度相对最佳工作温度点，同时测试方法费时费力。

发明内容

本发明的目的是解决现有选温方法仅能确认陀螺工作温度点满足要求，但无法给出合格工作温度范围，以及陀螺精度相对最佳工作温度点的不足之处，而提供一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法。

为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：

一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

步骤1、翻滚法选温；

依据浮子平衡选定的平衡温度点，设置多姿态翻转法选温的温度范围，通过多姿态翻转法选温，确定相对最佳温度点及合格工作温度范围；

步骤2、浮子迟滞法检测；

在相对最佳温度点下，进行多姿态持续浮子迟滞法检查，得到各方向浮子迟滞曲线；依据各方向浮子迟滞曲线判断步骤1所选定的相对最佳温度点是否需要调整；若是，则对步骤1所选定的相对最佳温度点进行调整后，重新执行步骤2；否则执行步骤3；

步骤3、平衡选定温度调整；

步骤3.1、以浮子平衡选定的平衡温度点为中点，设置平衡温度范围，判断经过步骤2处理的相对最佳温度点与平衡温度范围的下限之间差值是否满足预设要求，若满足，则结束流程；否则，执行步骤3.2；

步骤3.2、检测平衡温度点下平衡用氟油的粘度和密度，判断粘度和密度是否满足预设要求，若是，则结束流程；否则更换氟油，使粘度和密度满足预设要求。

进一步地，还包括步骤4，二浮陀螺储存期间，采用步骤2所述方法定期开展各姿态浮子迟滞法检测。

进一步地，所述步骤1.2具体为：

步骤2.1、二浮陀螺加电，使二浮陀螺加热到相对最佳工作温度点，二浮陀螺闭路，启动陀螺电机使陀螺电机同步；

步骤2.2、将波形发生器输出端与三角波发生器输入引线连接，将三角波发生器设置为三角波输出；依据陀螺传感器输出电压计算出浮子的偏角大小、浮子的摆动频率，依据陀螺传感器的偏角大小、浮子的摆动频率设置三角波的幅值、频率；

步骤2.3、判断浮子摆动一周陀螺传感器最大输出交流有效值是否为满量程的2/3对应的三角波幅值，其中正反向之差不超过50mV，若是，则执行步骤2.4，否则调整三角波幅值后，重新执行步骤2.3；

步骤2.4、自启动陀螺电机开始计时，二浮陀螺恒温跑合时间到达30±5min时开始试验，连续采集二浮陀螺各姿态放置时的力矩器电流4个～5个陀螺浮子迟滞曲线周期，采集单位为1秒；根据所采集多个姿态的力矩器电流绘制对应陀螺浮子迟滞曲线，纵轴为陀螺漂移，横轴为时间；

步骤2.5、对步骤2.4所得的陀螺浮子迟滞曲线进行判读；

若陀螺浮子迟滞曲线存在抖动、存在非线性、表现为在峰值处发生干涉、表现为在峰值和峰谷处均发生干涉、表现为在OA正向和OA负向或与其相关的方向上发生周期性异常变化、表现为迟滞曲线单调变化现象消失和/或波形失真中的任一现象，则判定为陀螺浮子迟滞曲线异常，否则判定为陀螺浮子迟滞曲线正常，执行步骤3；

步骤2.6、对步骤2.5所判定的异常陀螺浮子迟滞曲线进行判读；

若陀螺浮子迟滞曲线存在在峰值和峰谷处均发生干涉、在OA正向和OA负向或与其相关的方向上发生周期性异常变化、迟滞曲线单调变化现象消失和/或波形失真中的任一，则判定为陀螺故障后，结束流程；

若陀螺浮子迟滞曲线存在仅在峰值处发生干涉，则返回步骤2.3；

若陀螺浮子迟滞曲线仅存在非线性问题，则判定为正常，执行步骤3；

若陀螺浮子迟滞曲线仅存在抖动问题，则执行步骤2.7；

步骤2.7、对步骤1所选定的相对最佳工作温度点进行调整后，返回步骤2.4；所述调整的幅度为±1Ω。

进一步地，所述步骤1具体为：

步骤1.1、以浮子平衡选定的平衡温度点为中点，设置多姿态翻转法粗选温的温度范围，开展多姿态翻转法粗选温，获得翻转粗选温曲线，根据翻转粗选温曲线确定粗选温工作温度点；所述多姿态翻转法粗选温的温度范围为由多个温度点构成的等差数列；

步骤1.2、以粗选温工作温度点为中点，设置多姿态翻转法精选温的温度范围，开展多姿态小范围翻转法精选温，获得翻转精选温曲线，根据翻转精选温曲线确定精选温工作温度点；所述多姿态翻转法精选温的温度范围为由多个温度点构成的等差数列，步骤1.2所述等差数列的差值小于步骤1.1所述等差数列的差值；

步骤1.3、以精选温工作温度点为中点，设置精选温工作温度点裕度，得到精选温温度范围；

步骤1.4、在精选温温度范围，重复2次多姿态翻转法检测二浮陀螺精度，判断二浮陀螺精度在精选温温度范围内是否均合格，若是，则将精选温工作温度点作为相对最佳温度点，并执行步骤2；否则，调整精选温工作温度点裕度，返回步骤1.3。

进一步地，步骤1.1中，所述翻滚法选温期间，二浮陀螺外侧均设置有保温罩。

进一步地，步骤1.1至1.4中，所述多姿态包括将陀螺按照SA水平OA斜向上、SA//g向上、IA//g向上放置，//为平行，g为重力加速度。

进一步地，步骤2中，所述多姿态包括将陀螺按照OA//g向上、OA//g向下、SA//g向上、SA//g向下、IA//g向上、IA//g向下、SA水平IA斜向上、SA水平IA斜向下放置。

进一步地，步骤3.2中，所述预设要求为满足密度差值不大于0.003g/cm³、粘度差值不大于5mm²/s中的任一要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法，在调试阶段采用翻滚法选温结合浮子迟滞法检测对陀螺工作温度进行综合评价，并在自开展陀螺稳定性测试至交付前采用浮子迟滞法检测结合固定位置随机漂移测试对陀螺工作温度进行综合评价。本发明可实现陀螺产品闭环控制，并且所采用的测试方法均可通过自动化测试技术实现，大幅提高了陀螺测试效率，解决了现有选温方法费时费力的不足之处。

(2)本发明一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法，通过测试数据及图形直观判断，并提出了翻转法选温的保障条件，即采用保温罩避免环境温度的影响。

附图说明

图1为本发明一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法中步骤2的流程示意图；

图2为本发明实施例中保温罩的主视图；

图3为本发明实施例中保温罩的左视图；

图4为本发明实施例中保温罩的俯视图；

图5为二浮陀螺OA方向、IA方向、SA方向的示意图；

图6为本发明实施例步骤1.1中的翻转粗选温曲线；

图7为本发明实施例步骤1.2中的翻转精选温曲线。

具体实施方式

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。

一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法，包括如下步骤：

步骤1、翻滚法选温；

参照图2至图4，翻滚法选温期间二浮陀螺外侧均设置有保温罩，以避免环境温度对陀螺测试带来影响；

步骤1.1、以浮子平衡选定的平衡温度点为中点，设置多姿态翻转法粗选温的温度范围，开展多姿态翻转法粗选温，获得图6所示的翻转粗选温曲线，横坐标为陀螺测温阻值，纵坐标为各姿态下陀螺漂移变化量，根据翻转粗选温曲线确定粗选温工作温度点；所述多姿态翻转法粗选温的温度范围为由多个温度点构成的等差数列，差值为3Ω；

步骤1.2、以粗选温工作温度点为中点，设置多姿态翻转法精选温的温度范围，开展多姿态小范围翻转法精选温，获得图7所示的翻转精选温曲线，横坐标为陀螺测温阻值，纵坐标为各姿态下陀螺漂移变化量，根据翻转精选温曲线确定精选温工作温度点为944.7Ω；所述多姿态翻转法精选温的温度范围为由多个温度点构成的等差数列，差值为1.5Ω；

步骤1.3、以精选温工作温度点为中点，设置精选温温度范围941.7Ω～947.7Ω，精选温温度范围的极值与精选温工作温度点之差为精选温工作温度点裕度；

步骤1.4、在精选温温度范围，重复2次多姿态翻转法检测陀螺精度，判断陀螺精度在精选温温度范围内是否均合格，若是，则将精选温工作温度点作为相对最佳温度点，并执行步骤2；否则，调整精选温工作温度点裕度，返回步骤1.3；

参照图5，步骤1.1至1.4中，所述多姿态包括将二浮陀螺按照SA水平OA斜向上、SA//g向上、IA//g向上放置；//为平行，g为重力加速度；

步骤2、浮子迟滞法检测，如图1所示；

步骤2.1、二浮陀螺加电，使二浮陀螺加热到相对最佳工作温度点，二浮陀螺闭路，启动陀螺电机使陀螺电机同步；

步骤2.2、将波形发生器输出端与三角波发生器输入引线连接，将三角波发生器设置为三角波输出；依据陀螺传感器输出电压计算出浮子的偏角大小、浮子的摆动频率，依据陀螺传感器的偏角大小、浮子的摆动频率设置三角波的幅值、频率；其中，浮子的偏角大小为β＝U/K_β，U为陀螺传感器输出电压，K_β为陀螺传感器标度因数；

步骤2.3、判断浮子摆动一周陀螺传感器最大输出交流有效值是否约为满量程的2/3对应的三角波幅值(正反向差异0mV～50mV属正常现象)，若是，则执行步骤2.4，否则调整三角波幅值后，重新执行步骤2.3；

步骤2.4、自启动陀螺电机开始计时，二浮陀螺恒温跑合时间到达30±5min时开始试验，连续采集二浮陀螺各姿态放置时的力矩器电流4个～5个陀螺浮子迟滞曲线周期，采集单位为1秒；根据所采集多个姿态的力矩器电流绘制对应陀螺浮子迟滞曲线，纵轴为陀螺漂移，陀螺漂移按力矩器电流折算，单位为°/h，横轴为时间，单位为s；陀螺恒温跑合时间30min后开始试验的原因在于，电机启动25min以上，电机温升方能达到稳态，陀螺工作温度方能稳定，阻尼方能稳定，此外跑合时间过长会增大生产成本；

所述多姿态包括将陀螺按照OA//g向上、OA//g向下、SA//g向上、SA//g向下、IA//g向上、IA//g向下、SA水平IA斜向上、SA水平IA斜向下放置；

步骤2.5、对步骤2.4所得的陀螺浮子迟滞曲线进行判读；

若陀螺浮子迟滞曲线存在抖动、存在非线性、表现为在峰值处发生干涉、表现为在峰值和峰谷处均发生干涉、表现为在OA正向和OA负向或与其相关的方向上发生周期性异常变化、表现为迟滞曲线单调变化现象消失和/或波形失真中的任一现象，则判定为陀螺浮子迟滞曲线异常，否则判定为陀螺浮子迟滞曲线正常，执行步骤3；

步骤2.6、对步骤5所判定的异常陀螺浮子迟滞曲线进行判读；

若陀螺浮子迟滞曲线存在在峰值和峰谷处均发生干涉、在OA正向和OA负向或与其相关的方向上发生周期性异常变化、迟滞曲线单调变化现象消失和/或波形失真中的任一，则判定为陀螺故障后，结束流程；

若陀螺浮子迟滞曲线存在仅在峰值处发生干涉，则返回步骤2.3；

若陀螺浮子迟滞曲线仅存在非线性问题，则判定为正常，执行步骤3；

若陀螺浮子迟滞曲线仅存在抖动问题，则执行步骤2.7；

步骤2.7、对步骤1所选定的相对最佳工作温度点进行调整后，返回步骤2.4；所述调整的幅度为±1Ω；

步骤3、平衡选定温度调整

步骤3.1、以浮子平衡选定的平衡温度点为中点，设置平衡温度范围，判断经过步骤2处理的相对最佳工作温度点与平衡温度范围的下限之间差值是否满足预设要求，若满足，则执行步骤4，否则，执行步骤3.2；

步骤3.2、检测平衡温度点下平衡用氟油的粘度和密度，判断粘度和密度是否满足预设要求，若是，则执行步骤4；否则更换氟油，使粘度和密度满足预设要求；

所述预设要求为满足密度差值不大于0.003g/cm³、粘度差值不大于5mm²/s中的任一要求；

步骤4、二浮陀螺储存期间，采用步骤2所述方法定期开展各姿态浮子迟滞法检测；

步骤5、固定位置随机漂移检测

步骤5.1、在开展陀螺稳定性测试设定时刻进行多姿态固定位置随机漂移测试，验证经过步骤2处理的相对最佳工作温度点下的陀螺精度，判断该次测试陀螺固定位置随机漂移是否均满足预设要求，若是，则结束本次多姿态固定位置随机漂移测试，否则执行步骤5.2；所述多姿态包括将陀螺按照OA//g向上、SA//g向上、IA//g向上、SA水平IA斜向上放置；所述预设要求为陀螺固定位置随机漂移不大于0.05°/h；

步骤5.2、调整此时相对最佳工作温度点后，返回步骤5.1。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、翻滚法选温；

依据浮子平衡选定的平衡温度点，设置多姿态翻转法选温的温度范围，通过多姿态翻转法选温，确定相对最佳温度点及合格工作温度范围；本步骤中的多姿态包括将陀螺按照SA水平OA斜向上、SA//g向上、IA//g向上放置，//为平行，g为重力加速度；

步骤2、浮子迟滞法检测；

在相对最佳温度点下，进行多姿态持续浮子迟滞法检查，得到各方向浮子迟滞曲线；依据各方向浮子迟滞曲线判断步骤1所选定的相对最佳温度点是否需要调整；若是，则对步骤1所选定的相对最佳温度点进行调整后，重新执行步骤2；否则执行步骤3；本步骤中的多姿态包括将陀螺按照OA//g向上、OA//g向下、SA//g向上、SA//g向下、IA//g向上、IA//g向下、SA水平IA斜向上、SA水平IA斜向下放置；

步骤3、平衡选定温度调整；

步骤3.1、以浮子平衡选定的平衡温度点为中点，设置平衡温度范围，判断经过步骤2处理的相对最佳温度点与平衡温度范围的下限之间差值是否满足预设要求，若满足，则结束流程；否则，执行步骤3.2；

步骤3.2、检测平衡温度点下平衡用氟油的粘度和密度，判断粘度和密度是否满足预设要求，若是，则结束流程；否则更换氟油，使粘度和密度满足预设要求。

2.根据权利要求1所述的一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法，其特征在于：还包括步骤4，二浮陀螺储存期间，采用步骤2的方法定期开展各姿态浮子迟滞法检测。

3.根据权利要求2所述的一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

步骤2.1、二浮陀螺加电，使二浮陀螺加热到相对最佳工作温度点，二浮陀螺闭路，启动陀螺电机使陀螺电机同步；

步骤2.2、将波形发生器输出端与三角波发生器输入引线连接，将三角波发生器设置为三角波输出；依据陀螺传感器输出电压计算出浮子的偏角大小、浮子的摆动频率，依据陀螺传感器的偏角大小、浮子的摆动频率设置三角波的幅值、频率；

步骤2.3、判断浮子摆动一周陀螺传感器最大输出交流有效值是否为满量程的2/3对应的三角波幅值，其中正反向之差不超过50mV，若是，则执行步骤2.4，否则调整三角波幅值后，重新执行步骤2.3；

步骤2.4、自启动陀螺电机开始计时，二浮陀螺恒温跑合时间到达30±5min时开始试验，连续采集二浮陀螺各姿态放置时的力矩器电流4个～5个陀螺浮子迟滞曲线周期，采集单位为1秒；根据所采集多个姿态的力矩器电流绘制对应陀螺浮子迟滞曲线，纵轴为陀螺漂移，横轴为时间；

步骤2.5、对步骤2.4所得的陀螺浮子迟滞曲线进行判读；

若陀螺浮子迟滞曲线存在抖动、存在非线性、表现为在峰值处发生干涉、表现为在峰值和峰谷处均发生干涉、表现为在OA正向和OA负向或与其相关的方向上发生周期性异常变化、表现为迟滞曲线单调变化现象消失和/或波形失真中的任一现象，则判定为陀螺浮子迟滞曲线异常，否则判定为陀螺浮子迟滞曲线正常，执行步骤3；

步骤2.6、对步骤2.5所判定的异常陀螺浮子迟滞曲线进行判读；

若陀螺浮子迟滞曲线存在在峰值和峰谷处均发生干涉、在OA正向和OA负向或与其相关的方向上发生周期性异常变化、迟滞曲线单调变化现象消失和/或波形失真中的任一，则判定为陀螺故障后，结束流程；

若陀螺浮子迟滞曲线存在仅在峰值处发生干涉，则返回步骤2.3；

若陀螺浮子迟滞曲线仅存在非线性问题，则判定为正常，执行步骤3；

若陀螺浮子迟滞曲线仅存在抖动问题，则执行步骤2.7；

步骤2.7、对步骤1所选定的相对最佳工作温度点进行调整后，返回步骤2.4；所述调整的幅度为±1Ω。

4.根据权利要求1至3任一所述的一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

步骤1.1、以浮子平衡选定的平衡温度点为中点，设置多姿态翻转法粗选温的温度范围，开展多姿态翻转法粗选温，获得翻转粗选温曲线，根据翻转粗选温曲线确定粗选温工作温度点；所述多姿态翻转法粗选温的温度范围为由多个温度点构成的等差数列；

步骤1.2、以粗选温工作温度点为中点，设置多姿态翻转法精选温的温度范围，开展多姿态小范围翻转法精选温，获得翻转精选温曲线，根据翻转精选温曲线确定精选温工作温度点；所述多姿态翻转法精选温的温度范围为由多个温度点构成的等差数列，步骤1.2所述等差数列的差值小于步骤1.1所述等差数列的差值；

步骤1.3、以精选温工作温度点为中点，设置精选温工作温度点裕度，得到精选温温度范围；

步骤1.4、在精选温温度范围，重复2次多姿态翻转法检测二浮陀螺精度，判断二浮陀螺精度在精选温温度范围内是否均合格，若是，则将精选温工作温度点作为相对最佳温度点，并执行步骤2；否则，调整精选温工作温度点裕度，返回步骤1.3。

5.根据权利要求4所述的一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法，其特征在于：步骤1.1中，所述翻滚法粗选温期间，二浮陀螺外侧均设置有保温罩。

6.根据权利要求5所述的一种二浮陀螺工作温度范围及工作温度点检测及调试方法，其特征在于：步骤3.2中，所述预设要求为满足密度差值不大于0.003 g/cm³、粘度差值不大于5 mm²/s中的任一要求。

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