CN116067399B - 一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法 - Google Patents

一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光纤陀螺故障检测技术领域，尤其涉及一种陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法，包括如下步骤：将系统拆除整体放置于综合试验箱内，用系统
Figure ZY_2
及
Figure ZY_9
作为外部环境物理输入量测试核心元件的
Figure ZY_12
及
Figure ZY_3
；将系统各核心元件拆解，分别放在不同的综合试验箱内，以
Figure ZY_5
及
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加载到核心元件上，得到核心元件
Figure ZY_11
，并与
Figure ZY_1
进行作差，判定核心元件是否发生间歇故障，若不存在核心元件的差值超范围，则将核心元件重新连接，以
Figure ZY_4
及
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加载到核心元件上，记录
Figure ZY_10
，并与
Figure ZY_6
进行比较作差，差值超出设定范围的核心元件判定受交互作用影响发生间歇故障。本发明提供的方法可以提高系统间歇故障与故障位置检测能力。

Description

一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法
技术领域
本发明涉及光纤陀螺故障检测技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法。
背景技术
光纤陀螺惯性导航系统是以光纤陀螺、加速度计等为主要核心元件的惯性导航系统。具有可靠性高，耐冲击振动，寿命长，启动速度快等优点，已被广泛的应用于多个领域中。但当光纤陀螺惯性导航系统在多物理场耦合工作环境中进行长时间工作时，随着系统可靠性的减低，系统会出现间歇性的故障，区别于传统的永久性故障与定位技术成熟度高的故障。由于故障概率性的间歇出现，导致此类间歇故障的检测及精确定位存在困难，有时还会出现系统出现故障而对组成系统的各种元件进行拆除后复测时，各部分均正常工作的现象。因此提升光纤陀螺惯性导航系统的间歇故障检测与故障定位技术，可有效提升光纤陀螺惯性导航系统的可靠性水平，但是目前对于光纤陀螺惯性导航系统中核心元件的间歇故障定位与检测仍处在空白阶段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法，可以大幅提高光纤陀螺惯性导航系统的间歇故障与故障位置检测能力，并降低用于间歇故障检测的试验及验证时间。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法，其包括如下步骤：
S1：检测发生间歇性故障的光纤陀螺惯性导航系统在实际工作环境中的温度及受到的振动应力数据，并将温度及受到的振动应力数据传输给辅助计算机绘制出温度记录曲线
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及振动记录曲线/>
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；
S2：将光纤陀螺惯性导航系统从实际工作环境拆除且光纤陀螺惯性导航系统各核心元件之间不拆解，将光纤陀螺惯性导航系统整体放置于一个综合试验箱内，将步骤S1得到的
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作为外部环境物理输入量使光纤陀螺惯性导航系统通过综合试验箱复现实际工作环境的温度及振动条件，分别测试光纤陀螺惯性导航系统各核心元件的温度/>
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传输给辅助计算机，其中/>
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表示光纤陀螺惯性导航系统核心元件数量；
S3：将光纤陀螺惯性导航系统各核心元件进行拆解后，分别放在不同的综合试验箱内，并以步骤S2测试的光纤陀螺惯性导航系统各核心元件的温度
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为外部物理输入量加载到相应的光纤陀螺惯性导航系统核心元件上，辅助计算机记录光纤陀螺惯性导航系统各核心元件非互交输出数据/>
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与数据库中记载的相应核心元件的输出数据正常值/>
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进行比较作差，若存在核心元件的差值超出设定范围，则判定该核心元件发生间歇故障，若不存在核心元件的差值超出设定范围，则跳转至步骤S5；
S5：将放置在不同综合试验箱内的光纤陀螺惯性导航系统各核心元件按步骤S2不拆解状态重新连接，并以步骤S2测试的光纤陀螺惯性导航系统各核心元件的温度
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为外部物理输入量加载到相应的光纤陀螺惯性导航系统核心元件上，辅助计算机记录光纤陀螺惯性导航系统各核心元件互交输出数据/>
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，并与数据库中记载的相应核心元件的输出数据正常值/>
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进行比较作差，差值超出设定范围的核心元件判定受交互作用影响发生间歇故障。
优化的，光纤陀螺惯性导航系统核心元件包括X轴光纤陀螺、Y轴光纤陀螺、Z轴光纤陀螺、X轴加速度计、Y加速度计、Z轴加速度计、X轴光纤陀螺信号采集电路板、Y轴光纤陀螺信号采集电路板、Z轴光纤陀螺信号采集电路板、电源模块、A/D模数转换电路板及导航计算机。
进一步，步骤S4中存在核心元件非互交输出数据
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与相应核心元件的输出数据正常值/>
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的差值超出设定范围时，辅助计算机记录在试验时间内出现的非交互频率/>
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差值的大小判断系统交互作用对核心元件间歇故障影响的大小。
优化的，步骤S2、S3、S5的试验时间均为两小时。
发明的有益效果：
本发明提供的一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法，通过精准复现光纤陀螺惯性导航系统实际工作中多物理场环境，先同时对光纤陀螺惯性导航系统中各核心元件进行单独非互交间歇故障检测，便于快速检测出发生间歇故障的核心元件，若检测各核心元件均正常，则同时对光纤陀螺惯性导航系统中各核心元件进行互交间歇故障检测，为提升系统间歇故障检测与定位准确率提供了有效手段，并且便于研究交互作用对系统间歇故障的影响。
附图说明
图1是本发明光纤陀螺惯性导航系统核心元件连接结果示意图。
图中：1.X轴光纤陀螺，2.Y轴光纤陀螺，3.Z轴光纤陀螺，4.X轴加速度计，5.Y加速度计，6.Z轴加速度计，7.电源模块，8.A/D模数转换电路板，9.导航计算机，10.Z轴光纤陀螺信号采集电路板，11.Y轴光纤陀螺信号采集电路板，12.X轴光纤陀螺信号采集电路板。
具体实施方式
一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法，其包括如下步骤：
S1：检测发生间歇性故障的光纤陀螺惯性导航系统在实际工作环境中的温度及受到的振动应力数据，并将温度及受到的振动应力数据传输给辅助计算机绘制出温度记录曲线
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S2：将光纤陀螺惯性导航系统从实际工作环境拆除且光纤陀螺惯性导航系统各核心元件之间不拆解，将光纤陀螺惯性导航系统整体放置于一个综合试验箱内，将步骤S1得到的
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作为外部环境物理输入量使光纤陀螺惯性导航系统通过综合试验箱复现实际工作环境的温度及振动条件，分别测试光纤陀螺惯性导航系统各核心元件的温度/>
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，并将温度/>
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传输给辅助计算机；
其中
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表示光纤陀螺惯性导航系统核心元件数量，这里的综合试验箱为现有市售产品，可采用温度、湿度、振动三综合试验箱，由于光纤陀螺惯性导航系统实际工作环境的湿度与试验室内湿度相差不大，所以这里湿度不予考虑。
这里先通过步骤S1检测发生间歇性故障的光纤陀螺惯性导航系统在实际工作环境中的温度及受到的振动应力数据，并将数据传输给辅助计算机绘制出温度记录曲线
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，然后将光纤陀螺惯性导航系统从实际工作环境拆除且光纤陀螺惯性导航系统各核心元件之间不拆解，将光纤陀螺惯性导航系统整体放置于一个综合试验箱内，将步骤S1得到的/>
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作为外部环境物理输入量使光纤陀螺惯性导航通过综合试验箱复现实际工作环境的温度及振动条件，再分别测试光纤陀螺惯性导航系统各核心元件的温度
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Figure SMS_42
，可以真实且准确的复现发生间歇性故障的光纤陀螺惯性导航系统的实际多物理场工作环境，为准确检测光纤陀螺惯性导航系统间歇性故障及发生的部位提供有利保障。
具体实施时，可以在光纤陀螺惯性导航系统各个核心元件上分别安装温度传感器及振动传感器，分别检测光纤陀螺惯性导航系统各个核心元件在
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作为外部环境物理输入量的情况下的温度及振动数值，这样在后期的试验过程中，可以避免由于各核心元件在惯性系统中的放置位置不同，系统散热及器件自发热大小不同，核心元件实际受到的温度及振动应力与对惯性系统整体施加的应力存在的差异。
S3：将光纤陀螺惯性导航系统各核心元件进行拆解后，分别放在不同的综合试验箱内，并以步骤S2测试的光纤陀螺惯性导航系统各核心元件的温度
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为外部物理输入量加载到相应的光纤陀螺惯性导航系统核心元件上，辅助计算机记录光纤陀螺惯性导航系统各核心元件非互交输出数据/>
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；将光纤陀螺惯性导航系统各核心元件进行拆解后分别放在不同的综合试验箱内，并以步骤S2测试的光纤陀螺惯性导航系统各核心元件的温度/>
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为外部物理输入量加载到相应的光纤陀螺惯性导航系统核心元件上，这样可以对光纤陀螺惯性导航系统各核心元件同时进行测试，并且此时得到的光纤陀螺惯性导航系统各核心元件的输出数据为各自独立的非互交数据，方便快速检测光纤陀螺惯性导航系统间歇故障及发生故障的元件。
S4：辅助计算机将光纤陀螺惯性导航系统各核心元件非互交输出数据
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进行比较作差，若存在核心元件的差值超出设定范围，则判定该核心元件发生间歇故障，若不存在核心元件的差值超出设定范围，则跳转至步骤S5；
S5：将放置在不同综合试验箱内的光纤陀螺惯性导航系统各核心元件按步骤S2不拆解状态重新连接，并以步骤S2测试的光纤陀螺惯性导航系统各核心元件的温度
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及振动应力数据/>
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为外部物理输入量加载到相应的光纤陀螺惯性导航系统核心元件上，辅助计算机记录光纤陀螺惯性导航系统各核心元件互交输出数据/>
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，并与数据库中记载的相应核心元件的输出数据正常值/>
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进行比较作差，差值超出设定范围的核心元件判定受交互作用影响发生间歇故障。
对于光纤陀螺惯性导航系统核心元件非互交输出数据
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，不同的核心元件检测的数据不同，对于光纤陀螺需要检测陀螺零偏稳定性输出量，加速度计需要检测加速度计灵敏度，各电路板及导航计算机需要检测其电流及电压值。
当按照S3-S4的步骤进行各核心元件独立的快速检测没有检测出发生间歇故障的核心元件后，再将放置在不同综合试验箱内的光纤陀螺惯性导航系统各核心元件按步骤S2重新连接，然后记录光纤陀螺惯性导航系统各核心元件互交输出数据
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，并与数据库中记载的相应核心元件的输出数据正常值/>
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进行比较作差，可以检测出受交互作用影响发生间歇故障的核心元件，实现了系统间歇故障的精准检测及定位。
优化的，光纤陀螺惯性导航系统核心元件包括X轴光纤陀螺1、Y轴光纤陀螺2、Z轴光纤陀螺3、X轴加速度计4、Y加速度计5、Z轴加速度计6、X轴光纤陀螺信号采集电路板12、Y轴光纤陀螺信号采集电路板11、Z轴光纤陀螺信号采集电路板10、电源模块7、A/D模数转换电路板8及导航计算机9，具体各核心元件之间的连接结构示意图如附图1所示。
进一步，步骤S4中存在核心元件非互交输出数据
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与相应核心元件的输出数据正常值/>
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数值的大小就可以判断系统交互作用对相应核心元件间歇故障影响的大小。如果步骤S4存在核心元件非互交输出数据/>
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的差值超出设定范围的情况，则通过比较/>
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差值的大小可以判断系统交互作用对相应核心元件间歇故障影响的大小。
优化的，步骤S2、S3、S5的试验时间均为两小时，一般的试验时间不少于光纤陀螺惯性导航系统单次实际使用时间的30%，这样才能进一步保证检测结果的准确性。
综上所述，本发明提出的一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法，通过精准复现光纤陀螺惯性导航系统实际工作中多物理场环境，先同时对光纤陀螺惯性导航系统中各核心元件进行单独非互交间歇故障检测，便于快速检测出发生间歇故障的核心元件，若检测各核心元件均正常，则对光纤陀螺惯性导航系统中各核心元件进行互交间歇故障检测，为提升系统间歇故障检测与定位准确率提供了有效手段，并且通过故障频率的检测，便于研究交互作用对系统间歇故障的影响。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：检测发生间歇性故障的光纤陀螺惯性导航系统在实际工作环境中的温度及受到的振动应力数据，并将温度及受到的振动应力数据传输给辅助计算机绘制出温度记录曲线
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及振动记录曲线/>
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；
S2：将光纤陀螺惯性导航系统从实际工作环境拆除且光纤陀螺惯性导航系统各核心元件之间不拆解，将光纤陀螺惯性导航系统整体放置于一个综合试验箱内，将步骤S1得到的
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Figure QLYQS_9
表示光纤陀螺惯性导航系统核心元件数量；
S3：将光纤陀螺惯性导航系统各核心元件进行拆解后，分别放在不同的综合试验箱内，并以步骤S2测试的光纤陀螺惯性导航系统各核心元件的温度
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及振动应力数据/>
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；
S4：辅助计算机将光纤陀螺惯性导航系统各核心元件非互交输出数据
Figure QLYQS_13
与数据库中记载的相应核心元件的输出数据正常值/>
Figure QLYQS_14
进行比较作差，若存在核心元件的差值超出设定范围，则判定该核心元件发生间歇故障，若不存在核心元件的差值超出设定范围，则跳转至步骤S5；
S5：将放置在不同综合试验箱内的光纤陀螺惯性导航系统的核心元件按步骤S2不拆解状态重新连接，并以步骤S2测试的光纤陀螺惯性导航系统各核心元件的温度
Figure QLYQS_15
及振动应力数据/>
Figure QLYQS_16
为外部物理输入量加载到相应的光纤陀螺惯性导航系统核心元件上，辅助计算机记录光纤陀螺惯性导航系统各核心元件互交输出数据/>
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，并与数据库中记载的相应核心元件的输出数据正常值/>
Figure QLYQS_18
进行比较作差，差值超出设定范围的核心元件判定受交互作用影响发生间歇故障。
2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法，其特征在于：所述光纤陀螺惯性导航系统核心元件包括X轴光纤陀螺、Y轴光纤陀螺、Z轴光纤陀螺、X轴加速度计、Y加速度计、Z轴加速度计、X轴光纤陀螺信号采集电路板、Y轴光纤陀螺信号采集电路板、Z轴光纤陀螺信号采集电路板、电源模块、A/D模数转换电路板及导航计算机。
3.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法，其特征在于：步骤S4中存在核心元件非互交输出数据
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与相应核心元件的输出数据正常值/>
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的差值超出设定范围时，辅助计算机记录在试验时间内出现的交互频率/>
Figure QLYQS_24
。
4.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺惯性导航系统间歇故障检测方法，其特征在于：步骤S2、S3、S5的试验时间均为两小时。
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