CN1888822B - 一种适用于空间应用的光纤陀螺组合测试平台 - Google Patents
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Abstract
一种适用于空间应用的光纤陀螺组合测试平台，包括陀螺组件、供电部分、采集部分、数据处理部分，稳压电源通过电源盒为陀螺组件供电，同时对陀螺组件工作电流进行监测；采集部分和数据处理部分与陀螺组件接口采用总线方式连接，三只陀螺的接收数据线挂在一条总线上与系统发送数据线相连，事先约定三只陀螺标识码，系统同时向三只陀螺发送一个标识码，标识码相符的陀螺占据总线，并向系统发送数据，发送数据结束后释放总线；陀螺发送还数据经采集线至数据采集卡后送入数据处理部分中的计算机，由计算机通过程序对数据进行处理，输出各轴陀螺的零偏、零偏稳定性的值。本发明具有结构简单，操作方便，实用性好等优点，配合各种环境测试设备时，可完成陀螺组合的各种性能测试，实现对空间应用陀螺组合性能的综合评价。
Description
技术领域
本发明涉及光纤陀螺空间应用时陀螺组合的测试技术。
背景技术
近年来，光纤陀螺(FOG)由于其潜在的优势和应用前景而备受重视，已经成为新一代惯性制导测量系统中的主导器件。光纤陀螺无运动部件、可靠性高、动态范围大、设计成本低、寿命长、重量轻、体积小、精度应用覆盖面广、抗电磁干扰、无加速度引起的漂移、结构设计灵活、无需精密机加工、角随机游走小、对地球低轨道的辐射水平灵敏度低、输出脉冲当量的分辨率高，这些特点使其在空间应用中具有独特的优势。基于光纤陀螺的优点，在空间飞行器上使用高精度光纤陀螺(I-FOG)作为高精度速率积分陀螺，它不仅能使三轴姿态的动态过程测量精度摆脱姿态敏感器带宽的限制，而且没有传统机械陀螺的维护难、稳定性差的问题，小体积、低功耗可以提高空间飞行器的有效载荷。近10年来国际上已有400多颗小卫星发射入轨，完成各种飞行任务。可以预见，在卫星上使用光纤陀螺进行姿态控制将是卫星姿态控制的一种趋势。
空间应用对于陀螺的精度、可靠性、寿命有严格的要求，因此需要对空间应用的光纤陀螺进行充分的地面测试，因而设计一种简单实用的空间应用陀螺组合的测试平台是必须的。目前，国外在这方面是保密的，国内还未见有相似的专利文献和非专利文献报道。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种光纤陀螺三轴组合测试平台，完成陀螺组合的各种性能、环境测试，为陀螺空间应用奠定良好的基础，同时本发明的结构简单，操作方便。
本发明的技术解决方案：一种适用于空间应用的光纤陀螺组合测试平台，其特征在于包括：陀螺组件、供电部分、采集部分、数据处理部分，其中供电部分包括电源盒和稳压电源，稳压电源通过电源盒为陀螺组件供电，同时对陀螺组件工作电流进行监测；采集部分由采集线和数据采集卡构成，采集部分和数据处理部分与陀螺组件接口采用总线方式连接，三只陀螺的接收数据线挂在一条总线上与系统发送数据线相连，事先约定三只陀螺标识码，系统同时向三只陀螺发送一个标识码，标识码相符的陀螺占据总线，并向系统发送数据，发送数据结束后释放总线；陀螺发送还数据经采集线至数据采集卡后送入数据处理部分中的计算机，由计算机通过程序对数据进行处理，输出各轴陀螺的零偏、零偏稳定性的值，同时对陀螺输出进行保存。
所述的稳压电源选用双路可跟踪直流稳压。
本发明与现有技术相比的优点在于：利用本发明的空间应用测试平台能够模拟光纤陀螺空间应用时的环境进行陀螺的静态性能测试、标度因数测试、环境测试，从而能够对光纤陀螺组合的性能进行综合评价，为光纤陀螺空间应用提供了有利的保证。该测试平台结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明的工作框图；
图2为本发明的供电转换部分框图；
图3为本发明的计算机控制软件流程图；
图4为本发明的陀螺组合测试方法流程图。
其中，1为供电部分，2为采集部分，3为数据处理部分，4为串口通讯接口(到数据采集卡)，5为控制开关，6、7、8均为J14A-26TK插座分别连至x轴、y轴、z轴陀螺。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：陀螺组件、供电部分1、采集部分2和数据处理部分3，供电部分1主要是根据陀螺±5V的供电需求，选用双路可跟踪直流稳压电源提供±5V电压，同时考虑三轴陀螺均需要供电，采用三台稳压源供电线路比较复杂，因此选择通过电源盒转换，由一台稳压电源同时为三只陀螺供电。如图2所示，稳压电源输出的±5V电压经连接线连至电源盒，经电源盒转换后分别由三个J14A-26TK插座与三轴陀螺相连(陀螺输出接口为J14A-26ZJ)。另外，由稳压电源可直接跟踪系统工作电流，当因意外故障出现异常时可通过监测电流变化情况，及时切断电源，防止引起较大损失；而电源盒则还起到将三轴陀螺输出接在同一条总线上的作用。
本发明的陀螺组件由三个光纤陀螺组成，三个光纤陀螺采用异步串行RS-422电气接口标准。陀螺组件的数据通讯特点是系统的其它电路与陀螺接口采用总线方式连接，三只陀螺的接收数据线挂在一条总线上与系统发送数据线相连，三只陀螺的发送数据线挂在一条总线上与系统接收数据线相连。事先约定三只陀螺标识码，通过计算机程序同时向3只陀螺发送一个标识码，标识码相符的陀螺占据总线，并向系统发送数据，发送数据结束后释放总线。根据上述特点，本发明选用PCI1491数据采集卡并结合计算机实现对陀螺的通信，标识码的发送及数据的读取和处理由计算机中的程序实现。
本发明的数据处理部分依据国军标GJB2426-95光纤陀螺测试方法，并根据陀螺组合三轴通讯的特点，利用Labview编程实现，其中零偏指陀螺输入角速率为零时陀螺仪的输出量，以规定时间内测得的输出量平均值相应的等效输入角速率表示，单位为°/h；零偏稳定性指当输入角速率为零时，陀螺仪输出量围绕其均值的离散程度，以规定时间内输出量的标准偏差相应的等效输入角速率表示，亦称为零漂，单位为°/h。在一定的时间内一定的采样间隔下测量陀螺仪的输出，设第j次采样陀螺的输出为Fj，该段时间内共采样N次，则平均值F为：则这段时间内的零偏为：
零偏稳定性为：
其中K为陀螺的标度因数。
本发明的程序设计流程如图3所示，整个程序为一个总循环，由开始和结束按钮控制其执行与关闭.总体思路是x、y、z轴陀螺数据分时进行采集，每秒测一组数据.进入循环后，首先发送X轴标识码B1000104，由总线传输至三轴陀螺，三个陀螺均接收数据，由于标识码与x轴陀螺相符，x轴陀螺占据总线并向系统发回数据，该数据数据采集卡转换后传输至计算机，此时程序读取来自数据采集卡的数据，判断所读取数据是否正确(判断前四位是否为B1E10104)，如果正确则将数据存入寄存器，否则重新发送标识码.重复上述循环10次后，对所测得数据取平均，作为x轴陀螺的一个输出，并按照前述方法计算其零偏、零漂值，并输出显示计算结果，同时保存陀螺输出值；然后发送y轴、z轴陀螺重复上述操作，其中y轴标识码为C2000104，其中z轴标识码为D3000104.这里每轴陀螺每次采集时循环10次是因为程序循环一次的时间约为33ms，这样刚好满足军标每1秒输出一组数据的要求.
陀螺组合性能测试流程如图4所示：首先将其固定在大理石平台上，测定其常温常压下的静态性能(零偏、零漂)，若其性能不能满足要求则需对其设计进行改进，重复测量，然后将陀螺组合置于水冷式温箱中，对陀螺组合进行常用热循环测试，判断其温度性能是否满足要求，同时注意观察陀螺组合的启动电流是否满足要求；接下来将陀螺组合固定于振动台上，测定陀螺的振动性能(主要是正弦振动、随机振动和冲击三种)。由于空间是一种高真空、强辐射的环境，这些环境特点对陀螺组合性能具有很大影响，所以进行完上述测试后，需将陀螺组合置于真空罐中，测试组件在真空环境下、整个工作温度范围内的性能；然后将陀螺置于辐射环境中，测试辐射环境下陀螺组合的性能。当所有测试结果均满足要求后，说明陀螺组合满足空间应用的要求，可以投入使用，任何一点不满足，均须对陀螺组合进行改进设计。
Claims (3)
1.一种适用于空间应用的光纤陀螺组合测试平台，其特征在于包括：陀螺组件、供电部分、采集部分、数据处理部分，其中供电部分包括电源盒和稳压电源，稳压电源通过电源盒为陀螺组件供电，同时对陀螺组件工作电流进行监测；采集部分由采集线和数据采集卡构成，采集部分和数据处理部分与陀螺组件接口采用总线方式连接，三只陀螺的接收数据线挂在一条总线上与系统发送数据线相连，事先约定三只陀螺标识码，计算机同时向三只陀螺发送一个标识码，标识码相符的陀螺占据总线，并发送数据，发送数据结束后释放总线；陀螺发送的数据经采集线至数据采集卡后送入数据处理部分中的计算机，由计算机通过程序对数据进行处理，输出各轴陀螺的零偏、零偏稳定性的值，同时对陀螺输出进行保存。
2.根据权利要求1所述的适用于空间应用的光纤陀螺组合测试平台，其特征在于：所述的稳压电源为双路可跟踪直流稳压电源。
3.根据权利要求1所述的适用于空间应用的光纤陀螺组合测试平台，其特征在于：所述的数据处理部分中的计算机控制方法：事先约定三只陀螺标识码，计算机程序首先向三只陀螺同时发送x轴标识码，标识码相符的陀螺即x轴陀螺占据总线并发回数据，该数据经采集卡转换后传输至计算机，此时程序读取来自数据采集卡的数据，并判断其是否正确，如果正确则将数据存入寄存器，否则重新发送标识码，重复上述循环10次后，对所测得数据取平均，作为x轴陀螺的一个输出，并计算其零偏、零漂值，同时输出显示计算结果，并保存陀螺输出值；然后发送y轴标识码，重复上述操作，得到y轴陀螺各参数值；之后再发送z轴陀螺标识码，重复上述操作，得到z轴陀螺各参数值，完成对组合的一次数据采集和处理，陀螺测试时，该数据采集、处理过程在整个测试时间内循环执行，直至测试结束。
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