CN116026303A - 光纤陀螺电路板、调试方法、光纤陀螺及惯性导航系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光纤陀螺电路板、调试方法、光纤陀螺及惯性导航系统,光纤陀螺电路板包括光纤陀螺主控芯片、UART/USB通讯转换电路、USB接口电路以及电源电路,UART/USB通讯转换电路包括串口端和USB端,USB接口电路包括USB数据端、电源转接端以及USB连接器端;UART/USB通讯转换电路的串口端与光纤陀螺主控芯片连接,UART/USB通讯转换电路的USB端与USB接口电路的USB数据端连接,USB接口电路的USB连接器端与外部调试设备连接,用于在光纤陀螺主控芯片与外部调试设备之间传输检修或调试数据,USB接口电路的电源转接端与电源电路连接,用于将外部调试设备提供的电压转接给电源电路。本发明可确保光纤陀螺电路板与外部调试设备之间的数据传输及调试时的电源供应,实现光纤陀螺厂外调试。
Description
技术领域
本发明涉及惯性导航技术领域,具体而言,涉及一种光纤陀螺电路板、调试方法、光纤陀螺及惯性导航系统。
背景技术
光纤陀螺是一种基于萨格纳克效应的全固态角速度测量器件,因其具备精度高、量程大、体积小、质量轻、成本低、寿命长、集成度高、工程化难度低等诸多优点而被广泛用于航空、航天、航海等领域,是惯性技术领域重要的元件之一。
在对光纤陀螺进行产品调试时,通常需要采用专用仿真器或下载线来对光纤陀螺电路板上FPGA、MCU等光纤陀螺主控芯片进行程序烧写。光纤陀螺常安装在惯性导航系统中,若需要修改或调试光纤陀螺电路板主控芯片中的程序参数,只能将光纤陀螺从惯性导航系统中拆卸下来返厂维修,而在户外导航、远洋导航等无法返厂的情况下,光纤陀螺现行的这种检修/调试方式显然难以满足及时检修和调试的要求。
发明内容
本发明解决的问题是光纤陀螺现行的检修/调试方式难以满足及时检修/调试的要求。
为解决上述问题,本发明提供一种光纤陀螺电路板,包括:
光纤陀螺主控芯片、UART/USB通讯转换电路、USB接口电路以及电源电路,所述UART/USB通讯转换电路包括串口端和USB端,所述USB接口电路包括USB数据端、电源转接端以及USB连接器端;所述UART/USB通讯转换电路的串口端与所述光纤陀螺主控芯片连接,所述UART/USB通讯转换电路的USB端与所述USB接口电路的USB数据端连接,所述USB接口电路的USB连接器端与外部调试设备连接,用于在所述光纤陀螺主控芯片与所述外部调试设备之间传输检修或调试数据,所述USB接口电路的电源转接端与所述电源电路连接,用于将所述外部调试设备提供的电压转接给所述电源电路。
可选地,所述电源电路包括+5V电源电路,所述+5V电源电路包括反相电荷泵。
可选地,所述电源电路还用于与惯性导航系统电路板连接。
可选地,所述UART/USB通讯转换电路包括UART/USB协议转换芯片,所述UART/USB协议转换芯片包括CH330芯片、CH340芯片、CP2102芯片、PL2303芯片、FT232芯片及SP213芯片中的一个。
可选地,所述反相电荷泵包括MAX889芯片。
本发明还提供一种调试方法,应用于光纤陀螺调试系统,所述光纤陀螺调试系统包括如上所述的光纤陀螺电路板、外部调试设备以及USB线缆,所述光纤陀螺电路板的USB接口电路的连接器端通过所述USB线缆与所述外部调试设备相连,所述调试方法包括以下步骤:
所述外部调试设备中的调试软件启动后,通过所述USB线缆向所述光纤陀螺电路板下达调试指令,以供所述光纤陀螺电路板接收到所述调试指令后,采集陀螺输出数据,将所述陀螺输出数据通过所述USB线缆发送给所述外部调试设备;
所述外部调试设备根据接收的所述陀螺输出数据计算调试评价指标;
当所述调试评价指标满足预设条件时,判定调试完成;
当所述调试评价指标未满足所述预设条件时,根据所述调试评价指标调整陀螺参数;
将调整后的陀螺参数通过所述USB线缆发送给所述光纤陀螺电路板,以供所述光纤陀螺电路板接收调整后的陀螺参数后,按照调整后的陀螺参数运行,将运行所得的陀螺输出数据通过所述USB线缆发送给所述外部调试设备;
返回执行所述外部调试设备根据接收的所述陀螺输出数据计算调试评价指标及其之后的步骤。
可选地,所述光纤陀螺电路板接收到所述调试指令后,还包括以下步骤:
采集电流数据和电压数据,将所述电流数据和所述电压数据通过所述USB线缆以预设频率发送给所述外部调试设备;
所述外部调试设备根据接收的所述电流数据和所述电压数据判断所述光纤陀螺电路板是否异常;
若无异常,则执行所述外部调试设备根据接收的所述陀螺输出数据计算调试评价指标及其之后的步骤;
若有异常,则输出异常提示。
可选地,所述调试评价指标包括零偏、零偏稳定性和零偏重复性。
本发明还提供一种光纤陀螺,包括如上所述的光纤陀螺电路板。
本发明还提供一种惯性导航系统,包括如上所述的光纤陀螺和惯性导航系统电路板,所述惯性导航系统电路板与所述光纤陀螺连接。
与现有技术相比,本发明至少具有如下有益效果:
基于光纤陀螺快速检修和调试的需求,提出一种光纤陀螺电路板,在光纤陀螺电路板上设置UART/USB通讯转换电路和USB接口电路,一方面,通过UART/USB通讯转换电路和USB接口电路能连接光纤陀螺主控芯片与外部调试设备,在光纤陀螺主控芯片与外部调试设备之间传输检修或调试数据,另一方面,通过USB接口电路将外部调试设备提供的电压转接给光纤陀螺电路板的电源电路,解决光纤陀螺检修/调试过程中的电源问题,无需为光纤陀螺电路板提供额外电源,降低整个检修/调试过程的复杂性,从而实现光纤陀螺就地便捷的检修/调试,解决当前的光纤陀螺无法在厂外检修、调试的问题,当光纤陀螺安装在惯性导航系统中,用于户外导航、远洋导航等无法返厂的应用场景下时,都可对光纤陀螺进行及时的检修/调试,实用价值高,而且,本发明实施例提供的光纤陀螺电路,不会明显增加电路元件数量和成本,整体上方案合理、方法可行、易于实现。
通过在光纤陀螺电路板预置响应检修/调试控制指令的软件功能模块,与配置调试软件的外部调试设备配合,实现:启动外部调试设备中的调试软件后,通过USB线缆即可向光纤陀螺电路板下达调试指令,光纤陀螺电路板响应于外部调试设备的调试指令,采集陀螺输出数据并通过USB线缆返回至外部调试设备,外部调试设备根据陀螺输出数据生成调试评价指标,再根据调试评价指标确定是否需要调整陀螺参数,直至调试评价指标满足预设条件,从而实现光纤陀螺电路板的就地调试,随时随地能够调试,从而可提高调试效率。
附图说明
图1为本发明实施例所述光纤陀螺电路板一实施例示意图;
图2为本发明实施例所述光纤陀螺电路板采用的UART/USB通讯转换电路一示意图;
图3为本发明实施例所述光纤陀螺电路板中USB接口电路一示意图;
图4为本发明实施例所述光纤陀螺电路板中反相电荷泵一示意图;
图5为本发明实施例所述调试方法一实施例示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如图1,本发明一实施例提供的光纤陀螺电路板,光纤陀螺主控芯片、UART/USB通讯转换电路、USB接口电路以及电源电路,UART/USB通讯转换电路包括串口端和USB端,USB接口电路包括USB数据端、电源转接端以及USB连接器端;UART/USB通讯转换电路的串口端与光纤陀螺主控芯片连接,UART/USB通讯转换电路的USB端与USB接口电路的USB数据端连接,USB接口电路的USB连接器端与外部调试设备连接,用于在光纤陀螺主控芯片与外部调试设备之间传输检修或调试数据,USB接口电路的电源转接端与电源电路连接,用于将外部调试设备提供的电压转接给电源电路。
其中,UART/USB通讯转换电路用于实现串行通讯协议和USB通讯协议的互相转换,通过UART/USB通讯转换电路和USB接口电路可实现检修/调试数据在光纤陀螺主控芯片与外部调试设备之间的传输。可选地,UART/USB通讯转换电路包括UART/USB协议转换芯片,UART/USB协议转换芯片包括CH330芯片、CH340芯片、CP2102芯片、PL2303芯片、FT232芯片及SP213芯片中的一个。
如图2示出了CP2102芯片的一示意图,其引脚说明如下:
VDD指电源引脚;GND指接地引脚;RST指器件复位引脚;REGIN指5V电源输入引脚,调节器输入;VBUS指感知输入引脚;D+指USB D+引脚;D-指USB D-引脚;TXD指异步数据输出;RXD指异步数据输入;CTS指清除发送控制输入;RTS指准备发送控制输出;DSR指数据设备准备好控制输出;DTR指数据终端准备好控制输出;DCD指数据传输检测控制输入;RI指振铃指示器控制输入;SUSPEND指当CP2102进入挂起状态时,该引脚被驱动为高电平;/SUSPEND指当CP2102进入挂起状态时,该引脚被驱动为低电平;NC指未连接引脚。
USB接口电路的USB连接器端,通过在USB接口电路上焊装USB连接器实现,USB接口电路通过USB连接器连接外部调试设备,此处的外部调试设备包括笔记本电脑等,其中USB连接器可实施为A型USB、B型USB或者Micro型USB等多种形式,本发明实施例对此不做限制。如图3示出了B型USB的一示意图,其中,引脚1为电源正极引脚、引脚4为接地引脚、引脚3为数据正电压引脚、引脚2为数据负电压引脚。
USB接口电路的电源转接端与电源电路连接,用于将外部调试设备提供的电压转接给电源电路。当光纤陀螺在需要检修或调试时,可通过USB接口电路将光纤陀螺电路板连接外部的调试设备,既可临时给陀螺供电,还可以利用USB线缆进行现场检修和调试。其中,USB接口电路可选用USB2.0版本以上接口,因其最大可驱动2A电流负载,完全满足光纤陀螺电路板的功耗要求,且还可支撑光纤陀螺电路板和调试设备之间传输USB数据。
可选地,电源电路包括+5V电源电路,+5V电源电路包括反相电荷泵。
目前,光纤陀螺普遍采用+5V、-5V双端直流电源为整个光纤陀螺电路板供电,与之不同的是,本发明实施例采用+5V电源电路为整个光纤陀螺电路板供电。具体地,+5V电源电路包括反相电荷泵,用于将+5V电压转换成-5V电压,从而只需为光纤陀螺电路板提供+5V电源供电即可为光纤陀螺电路板中+5V电源电路以外的电路提供±5V电压。
可选地,反相电荷泵包括MAX889芯片。MAX889芯片是一种输出稳压的电荷泵反转器电路,其输入电压2.7~5.5V,输出电压可设定为-2.5V~VIN。如图4示出了MAX889芯片的一示意图,其中,引脚IN为电源正电压输入,引脚CAP+为快速电容器的正极端子,引脚GND为电源接地,引脚CAP为快速电容器负极端子,引脚OUT为反相电荷泵输出,引脚SHDN为停机控制输入,将引脚SHDN驱动至低位以关闭MAX889,将引脚SHDN连接至IN以正常运行,引脚FB为反馈输入,将引脚FB连接到从IN到OUT的电阻器分压器,以调节输出电压,连接到IN以进入自由运行模式,引脚AGND为模拟接地。
进一步地,USB接口电路的电源转接端与+5V电源电路连接,当USB接口电路的USB连接器端与外部调试设备或者其他外部电源连接时,可将外部调试设备或其他外部电源提供的+5V电压转接给+5V电源电路,由+5V电源电路转换成±5V电压后给光纤陀螺电路板的后续电路供电。
通过设置包括反相电荷泵的+5V电源电路,并将其与USB接口电路的电源转接端连接,可通过USB接口电路将与之连接的充电宝、手机充电器、笔记本电脑等手持式移动电源给光纤陀螺供电,同时,如笔记本电脑等手持式调试设备还可与光纤陀螺电路板传输调试数据,使得光纤陀螺具有更多可行的充电方式,且不会增加过多的电路元件数量和成本,方案易于实现,实用价值高。
进一步地,在光纤陀螺电路板的逻辑控制程序中,相应增加一个响应检修/调试控制指令的软件功能模块,以匹配现场检修和调试的需求。
本发明实施例基于光纤陀螺快速检修和调试的需求,提出一种光纤陀螺电路板,在光纤陀螺电路板上设置UART/USB通讯转换电路和USB接口电路,一方面,通过UART/USB通讯转换电路和USB接口电路能连接光纤陀螺主控芯片与外部调试设备,在光纤陀螺主控芯片与外部调试设备之间传输检修或调试数据,另一方面,通过USB接口电路将外部调试设备提供的电压转接给光纤陀螺电路板的电源电路,解决光纤陀螺检修/调试过程中的电源问题,无需为光纤陀螺电路板提供额外电源,降低整个检修/调试过程的复杂性,从而实现光纤陀螺就地便捷的检修/调试,解决当前的光纤陀螺无法在厂外检修、调试的问题,当光纤陀螺安装在惯性导航系统中,用于户外导航、远洋导航等无法返厂的应用场景下时,都可对光纤陀螺进行及时的检修/调试,实用价值高,而且,本发明实施例提供的光纤陀螺电路,不会明显增加电路元件数量和成本,整体上方案合理、方法可行、易于实现。
可选地,所述光纤陀螺电路板还包括串行接口电路,所述串行接口电路用于与惯性导航系统电路板连接,从而支持光纤陀螺电路板与惯性导航系统电路板之间的数据传输。
可选地,所述电源电路还用于与惯性导航系统电路板连接。
当光纤陀螺安装在惯性导航系统中正常工作时,光纤陀螺通过电源电路与惯性导航系统电路板连接,由惯性导航系统电路板给光纤陀螺供电,以便光纤陀螺正常工作。
在本发明的另一实施例中,光纤陀螺电路板包括光纤陀螺主控芯片、UART/USB通讯转换电路以及USB接口电路、+5V电源电路;其中,UART/USB通讯转换电路的串口端与光纤陀螺主控芯片连接,UART/USB通讯转换电路的USB端与USB接口电路的USB数据端连接,USB接口电路的USB连接器端与外部调试设备连接,用于在光纤陀螺主控芯片与外部调试设备之间传输检修或调试数据,USB接口电路的电源转接端与+5V电源电路连接,用于将外部调试设备提供的电压转接给+5V电源电路,由+5V电源电路通过反相电荷泵将电压转换为±5V电压后,为光纤陀螺电路板其他部分供电。
本发明另一实施例提供的一种调试方法,应用于光纤陀螺调试系统,光纤陀螺调试系统包括如上所述的光纤陀螺电路板、外部调试设备以及USB线缆,光纤陀螺电路板的USB接口电路的连接器端通过USB线缆与外部调试设备相连。其中,光纤陀螺电路板主控芯片的逻辑控制程序中,预置响应检修/调试控制指令的软件功能模块,用以匹配现场检修和调试的需求,具体实现如下步骤中的操作。如图5,光纤陀螺的调试方法包括以下步骤:
步骤S100,外部调试设备中的调试软件启动后,通过USB线缆向光纤陀螺电路板下达调试指令,以供光纤陀螺电路板接收到调试指令后,采集陀螺输出数据,将陀螺输出数据通过USB线缆发送给外部调试设备。
启动外部调试设备中的调试软件后,由调试人员选择待调试的光纤陀螺的产品型号,进入对应的调试配置界面进行调试配置,比如,温度配置,调试项目配置、调试通道配置等。
调试过程中,将光纤陀螺电路板发送的陀螺输出数据在外部调试设备中可以波形图的形式展示,比如,可显示光纤陀螺X轴、Y轴、Z轴的输出波形图。
其中,陀螺输出数据指光纤陀螺输出的角速度。
步骤S200,外部调试设备根据接收的陀螺输出数据计算调试评价指标。
其中,调试评价指标包括零偏、零偏稳定性和零偏重复性,用于衡量光纤陀螺的精度和稳定性。零偏稳定性,用于衡量输入角速度为零时陀螺仪输出量围绕其均值的离散程度。零偏重复性,指在同样条件下及规定时间间隔内,重复测量陀螺零偏之间的一致程度,可以多次测试得到的零偏的标准差表示。
步骤S300,判断调试评价指标是否满足预设条件。
预设条件,可由调试人员设定。
一实施方式中,调试评价指标包括零偏、零偏稳定性和零偏重复性,当零偏稳定性落入第一预设范围,且零偏重复性落入第二预设范围时,判定调试评价指标满足预设条件,否则,判定调试评价指标未满足预设条件。第一预设范围、第二预设范围由调试人员设定,此处不限定。
步骤S400,当调试评价指标满足预设条件时,判定调试完成。
调试完成时,输出调试完成提示。
步骤S500,当调试评价指标未满足预设条件时,根据调试评价指标调整陀螺参数。
一实施方式中,光纤陀螺中预置零偏温度补偿模型,此处的陀螺参数为零偏温度补偿模型的系数,根据调试评价指标调整陀螺参数,使得调试评价指标往符合预设条件的方向变化。
步骤S600,将调整后的陀螺参数通过USB线缆发送给光纤陀螺电路板,以供光纤陀螺电路板接收调整后的陀螺参数后,按照调整后的陀螺参数运行,将运行所得的陀螺输出数据通过USB线缆发送给外部调试设备;返回执行步骤S200及其之后的步骤。
本发明实施例通过在光纤陀螺电路板预置响应检修/调试控制指令的软件功能模块,与配置调试软件的外部调试设备配合,实现:启动外部调试设备中的调试软件后,通过USB线缆即可向光纤陀螺电路板下达调试指令,光纤陀螺电路板响应于外部调试设备的调试指令,采集陀螺输出数据并通过USB线缆返回至外部调试设备,外部调试设备根据陀螺输出数据生成调试评价指标,再根据调试评价指标确定是否需要调整陀螺参数,直至调试评价指标满足预设条件,从而实现光纤陀螺电路板的就地调试,随时随地能够调试,从而可提高调试效率。
可选地,所述光纤陀螺电路板接收到调试指令后,还包括以下步骤:
采集电流数据和电压数据,将电流数据和电压数据通过USB线缆以预设频率发送给外部调试设备;外部调试设备根据接收的电流数据和电压数据判断光纤陀螺电路板是否异常;若无异常,则执行外部调试设备根据接收的陀螺输出数据计算调试评价指标及其之后的步骤;若有异常,则输出异常提示。
其中,光纤陀螺电路板还包括电流、电压采集电路以及AD采样电路,通过电流、电压采集电路采集电流、电压模拟信号,再通过AD采样电路转换为数字信号后发送给光纤陀螺主控芯片,由光纤陀螺主控芯片以预设频率发送给外部调试设备。其中,预设频率可选为2-4HZ。
通过电流数据和电压数据判断光纤陀螺电路板是否存在过压、过流、欠压等异常,当其存在过压、过流、欠压等异常时,输出异常提示,以提醒调试人员排除相应故障后再调试,从而避免因电流电压异常影响光纤陀螺调试的准确性以及光纤陀螺器件寿命。当光纤陀螺电路板不存在过压、过流、欠压等异常时,可继续调试。
本发明另一实施例提供的一种光纤陀螺,包括如上所述的光纤陀螺电路板。与现有技术相比,光纤陀螺所具有的优点与上述光纤陀螺电路板的优点一致,此处不赘述。
本发明又一实施例提供的一种惯性导航系统,包括如上所述的光纤陀螺和惯性导航系统电路板,所述惯性导航系统电路板与所述光纤陀螺连接。
对于包含光纤陀螺的惯性导航系统,光纤陀螺电路板上设置有串行接口电路,将串行接口电路与惯性导航系统电路板连接,由惯性导航系统给光纤陀螺供电,并进行角速度等数据传递。
具体地,所述光纤陀螺电路板包括+5V电源电路,所述+5V电源电路包括反相电荷泵,所述惯性导航系统电路板与所述+5V电源电路连接。
对于包括如上所述的光纤陀螺,且惯性导航系统电路板与所述光纤陀螺连接的惯性导航系统,当惯性导航系统正常工作时,光纤陀螺电路板通过串行接口电路与惯性导航系统电路板连接,由惯性导航系统电路板给光纤陀螺供电;当光纤陀螺在后续需要检修或调试时,光纤陀螺电路板通过USB接口连接器连接外部的移动电源或者调试设备(笔记本电脑等),即可临时给陀螺电路板供电,或者通过USB线缆进行光纤陀螺的现场检修或调试。
虽然本发明披露如上,但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下,可进行各种变更与修改,这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光纤陀螺电路板,其特征在于,包括:光纤陀螺主控芯片、UART/USB通讯转换电路、USB接口电路以及电源电路,所述UART/USB通讯转换电路包括串口端和USB端,所述USB接口电路包括USB数据端、电源转接端以及USB连接器端;所述UART/USB通讯转换电路的串口端与所述光纤陀螺主控芯片连接,所述UART/USB通讯转换电路的USB端与所述USB接口电路的USB数据端连接,所述USB接口电路的USB连接器端与外部调试设备连接,用于在所述光纤陀螺主控芯片与所述外部调试设备之间传输检修或调试数据,所述USB接口电路的电源转接端与所述电源电路连接,用于将所述外部调试设备提供的电压转接给所述电源电路。
2.如权利要求1所述的光纤陀螺电路板,其特征在于,所述电源电路包括+5V电源电路,所述+5V电源电路包括反相电荷泵。
3.如权利要求1或2所述的光纤陀螺电路板,其特征在于,所述电源电路还用于与惯性导航系统电路板连接。
4.如权利要求1或2所述的光纤陀螺电路板,其特征在于,所述UART/USB通讯转换电路包括UART/USB协议转换芯片,所述UART/USB协议转换芯片包括CH330芯片、CH340芯片、CP2102芯片、PL2303芯片、FT232芯片及SP213芯片中的一个。
5.如权利要求2所述的光纤陀螺电路板,其特征在于,所述反相电荷泵包括MAX889芯片。
6.一种调试方法,其特征在于,应用于光纤陀螺调试系统,所述光纤陀螺调试系统包括权利要求1至5中任一项所述的光纤陀螺电路板、外部调试设备以及USB线缆,所述光纤陀螺电路板的USB接口电路的连接器端通过所述USB线缆与所述外部调试设备相连,所述调试方法包括以下步骤:
所述外部调试设备中的调试软件启动后,通过所述USB线缆向所述光纤陀螺电路板下达调试指令,以供所述光纤陀螺电路板接收到所述调试指令后,采集陀螺输出数据,将所述陀螺输出数据通过所述USB线缆发送给所述外部调试设备;
所述外部调试设备根据接收的所述陀螺输出数据计算调试评价指标;
当所述调试评价指标满足预设条件时,判定调试完成;
当所述调试评价指标未满足所述预设条件时,根据所述调试评价指标调整陀螺参数;
将调整后的陀螺参数通过所述USB线缆发送给所述光纤陀螺电路板,以供所述光纤陀螺电路板接收调整后的陀螺参数后,按照调整后的陀螺参数运行,将运行所得的陀螺输出数据通过所述USB线缆发送给所述外部调试设备;
返回执行所述外部调试设备根据接收的所述陀螺输出数据计算调试评价指标及其之后的步骤。
7.如权利要求6所述的调试方法,其特征在于,所述光纤陀螺电路板接收到所述调试指令后,还包括以下步骤:
采集电流数据和电压数据,将所述电流数据和所述电压数据通过所述USB线缆以预设频率发送给所述外部调试设备;
所述外部调试设备根据接收的所述电流数据和所述电压数据判断所述光纤陀螺电路板是否异常;
若无异常,则执行所述外部调试设备根据接收的所述陀螺输出数据计算调试评价指标及其之后的步骤;
若有异常,则输出异常提示。
8.如权利要求6或7所述的调试方法,其特征在于,所述调试评价指标包括零偏、零偏稳定性和零偏重复性。
9.一种光纤陀螺,其特征在于,包括如权利要求1至5中任一项所述的光纤陀螺电路板。
10.一种惯性导航系统,其特征在于,包括如权利要求9所述的光纤陀螺和惯性导航系统电路板,所述惯性导航系统电路板与所述光纤陀螺连接。
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