專利名稱：一種適用于空間應(yīng)用的光纖陀螺組合測(cè)試平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖陀螺空間應(yīng)用時(shí)陀螺組合的測(cè)試技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，光纖陀螺(FOG)由于其潛在的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景而備受重視，已經(jīng)成為新一代慣性制導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)中的主導(dǎo)器件。光纖陀螺無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、可靠性高、動(dòng)態(tài)范圍大、設(shè)計(jì)成本低、壽命長(zhǎng)、重量輕、體積小、精度應(yīng)用覆蓋面廣、抗電磁干擾、無(wú)加速度引起的漂移、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、無(wú)需精密機(jī)加工、角隨機(jī)游走小、對(duì)地球低軌道的輻射水平靈敏度低、輸出脈沖當(dāng)量的分辨率高，這些特點(diǎn)使其在空間應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?；诠饫w陀螺的優(yōu)點(diǎn)，在空間飛行器上使用高精度光纖陀螺(I-FOG)作為高精度速率積分陀螺，它不僅能使三軸姿態(tài)的動(dòng)態(tài)過(guò)程測(cè)量精度擺脫姿態(tài)敏感器帶寬的限制，而且沒有傳統(tǒng)機(jī)械陀螺的維護(hù)難、穩(wěn)定性差的問題，小體積、低功耗可以提高空間飛行器的有效載荷。近10年來(lái)國(guó)際上已有400多顆小衛(wèi)星發(fā)射入軌，完成各種飛行任務(wù)?？梢灶A(yù)見，在衛(wèi)星上使用光纖陀螺進(jìn)行姿態(tài)控制將是衛(wèi)星姿態(tài)控制的一種趨勢(shì)。
空間應(yīng)用對(duì)于陀螺的精度、可靠性、壽命有嚴(yán)格的要求，因此需要對(duì)空間應(yīng)用的光纖陀螺進(jìn)行充分的地面測(cè)試，因而設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單實(shí)用的空間應(yīng)用陀螺組合的測(cè)試平臺(tái)是必須的。目前，國(guó)外在這方面是保密的，國(guó)內(nèi)還未見有相似的專利文獻(xiàn)和非專利文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光纖陀螺三軸組合測(cè)試平臺(tái)，完成陀螺組合的各種性能、環(huán)境測(cè)試，為陀螺空間應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)，同時(shí)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種適用于空間應(yīng)用的光纖陀螺組合測(cè)試平臺(tái)，其特征在于包括陀螺組件、供電部分、采集部分、數(shù)據(jù)處理，其中供電系統(tǒng)包括電源盒和穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓電源通過(guò)電源盒為陀螺組件供電，同時(shí)對(duì)陀螺組件工作電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)；采集部分由采集線和數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成，采集部分和數(shù)據(jù)處理與陀螺組件接口采用總線方式連接，三只陀螺的接收數(shù)據(jù)線掛在一條總線上與系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)線相連，事先約定三只陀螺標(biāo)識(shí)碼，系統(tǒng)同時(shí)向三只陀螺發(fā)送一個(gè)標(biāo)識(shí)碼，標(biāo)識(shí)碼相符的陀螺占據(jù)總線，并向系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后釋放總線；陀螺發(fā)送還數(shù)據(jù)經(jīng)采集線至數(shù)據(jù)采集卡后送入數(shù)據(jù)處理部分中的計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出各軸陀螺的零偏、零偏穩(wěn)定性的值，同時(shí)對(duì)陀螺輸出進(jìn)行保存。
所述的穩(wěn)壓電源選用雙路可跟蹤直流穩(wěn)壓。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于利用本發(fā)明的空間應(yīng)用測(cè)試平臺(tái)能夠模擬光纖陀螺空間應(yīng)用時(shí)的環(huán)境進(jìn)行陀螺的靜態(tài)性能測(cè)試、標(biāo)度因數(shù)測(cè)試、環(huán)境測(cè)試，從而能夠?qū)饫w陀螺組合的性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為光纖陀螺空間應(yīng)用提供了有利的保證。該測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。


圖1為本發(fā)明的工作框圖；圖2為本發(fā)明的供電轉(zhuǎn)換部分框圖；圖3為本發(fā)明的計(jì)算機(jī)控制軟件流程圖；圖4為本發(fā)明的陀螺組合測(cè)試方法流程圖。
其中，1為供電系統(tǒng)，2為采集部分，3為數(shù)據(jù)處理部分，4為串口通訊接口(到數(shù)據(jù)采集卡)，5為控制開關(guān)，6、7、8均為J14A-26TK插座分別連至x軸、y軸、z軸陀螺。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括陀螺組件、供電部分1、采集部分2和數(shù)據(jù)處理3，供電部分1主要是根據(jù)陀螺±5V的供電需求，選用雙路可跟蹤直流穩(wěn)壓電源提供±5V電壓，同時(shí)考慮三軸陀螺均需要供電，采用三臺(tái)穩(wěn)壓源供電線路比較復(fù)雜，因此選擇通過(guò)電源盒轉(zhuǎn)換，由一臺(tái)穩(wěn)壓電源同時(shí)為三只陀螺供電。如圖2所示，穩(wěn)壓電源輸出的±5V電壓經(jīng)連接線連至電源盒，經(jīng)電源盒轉(zhuǎn)換后分別由三個(gè)J14A-26TK插座與三軸陀螺相連(陀螺輸出接口為J14A-26ZJ)。另外，由穩(wěn)壓電源可直接跟蹤系統(tǒng)工作電流，當(dāng)因意外故障出現(xiàn)異常時(shí)可通過(guò)監(jiān)測(cè)電流變化情況，及時(shí)切斷電源，防止引起較大損失；而電源盒則還起到將三軸陀螺輸出接在同一條總線上的作用。
本發(fā)明的陀螺組件由三個(gè)光纖陀螺組成，三個(gè)光纖陀螺采用異步串行RS-422電氣接口標(biāo)準(zhǔn)。陀螺組件的數(shù)據(jù)通訊特點(diǎn)是系統(tǒng)的其它電路與陀螺接口采用總線方式連接，三只陀螺的接收數(shù)據(jù)線掛在一條總線上與系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)線相連，三只陀螺的發(fā)送數(shù)據(jù)線掛在一條總線上與系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)線相連。事先約定三只陀螺標(biāo)識(shí)碼，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序同時(shí)向3只陀螺發(fā)送一個(gè)標(biāo)識(shí)碼，標(biāo)識(shí)碼相符的陀螺占據(jù)總線，并向系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后釋放總線。根據(jù)上述特點(diǎn)，本發(fā)明選用PCI1491數(shù)據(jù)采集卡并結(jié)合計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)陀螺的通信，標(biāo)識(shí)碼的發(fā)送及數(shù)據(jù)的讀取和處理由計(jì)算機(jī)中的程序?qū)崿F(xiàn)。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理部分依據(jù)國(guó)軍標(biāo)GJB2426-95光纖陀螺測(cè)試方法，并根據(jù)陀螺組合三軸通訊的特點(diǎn)，利用Labview編程實(shí)現(xiàn)，其中零偏指陀螺輸入角速率為零時(shí)陀螺儀的輸出量，以規(guī)定時(shí)間內(nèi)測(cè)得的輸出量平均值相應(yīng)的等效輸入角速率表示，單位為°/h；零偏穩(wěn)定性指當(dāng)輸入角速率為零時(shí)，陀螺儀輸出量圍繞其均值的離散程度，以規(guī)定時(shí)間內(nèi)輸出量的標(biāo)準(zhǔn)偏差相應(yīng)的等效輸入角速率表示，亦稱為零漂，單位為°/h。在一定的時(shí)間內(nèi)一定的采樣間隔下測(cè)量陀螺儀的輸出，設(shè)第j次采樣陀螺的輸出為Fj，該段時(shí)間內(nèi)共采樣N次，則平均值F為F‾=1NΣj=1NFj;]]>則這段時(shí)間內(nèi)的零偏為B0=1K·F‾,]]>零偏穩(wěn)定性為Bs=1K[1(N-1)Σj=1N(Fj-F‾)],]]>其中K為陀螺的標(biāo)度因數(shù)。
本發(fā)明的程序設(shè)計(jì)流程如圖3所示，整個(gè)程序?yàn)橐粋€(gè)總循環(huán)，由開始和結(jié)束按鈕控制其執(zhí)行與關(guān)閉?？傮w思路是x、y、z軸陀螺數(shù)據(jù)分時(shí)進(jìn)行采集，每秒測(cè)一組數(shù)據(jù)。進(jìn)入循環(huán)后，首先發(fā)送X軸標(biāo)識(shí)碼B1000104，由總線傳輸至三軸陀螺，三個(gè)陀螺均接收數(shù)據(jù)，由于標(biāo)識(shí)碼與x軸陀螺相符，x軸陀螺占據(jù)總線并向系統(tǒng)發(fā)回?cái)?shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換后傳輸至計(jì)算機(jī)，此時(shí)程序讀取來(lái)自數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)，判斷所讀取數(shù)據(jù)是否正確(判斷前四位是否為B1E10104)，如果正確則將數(shù)據(jù)存入寄存器，否則重新發(fā)送標(biāo)識(shí)碼。重復(fù)上述循環(huán)10次后，對(duì)所測(cè)得數(shù)據(jù)取平均，作為x軸陀螺的一個(gè)輸出，并按照前述方法計(jì)算其零偏、零漂值，并輸出顯示計(jì)算結(jié)果，同時(shí)保存陀螺輸出值；然后發(fā)送y軸、z軸陀螺重復(fù)上述操作，其中y軸標(biāo)識(shí)碼為C2000104，其中z軸標(biāo)識(shí)碼為D3000104。這里每軸陀螺每次采集時(shí)循環(huán)10次是因?yàn)槌绦蜓h(huán)一次的時(shí)間約為33ms，這樣剛好滿足軍標(biāo)每1秒輸出一組數(shù)據(jù)的要求。
陀螺組合性能測(cè)試流程如圖4所示首先將其固定在大理石平臺(tái)上，測(cè)定其常溫常壓下的靜態(tài)性能(零偏、零漂)，若其性能不能滿足要求則需對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，重復(fù)測(cè)量，然后將陀螺組合置于水冷式溫箱中，對(duì)陀螺組合進(jìn)行常用熱循環(huán)測(cè)試，判斷其溫度性能是否滿足要求，同時(shí)注意觀察陀螺組合的啟動(dòng)電流是否滿足要求；接下來(lái)將陀螺組合固定于振動(dòng)臺(tái)上，測(cè)定陀螺的振動(dòng)性能(主要是正弦振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)和沖擊三種)。由于空間是一種高真空、強(qiáng)輻射的環(huán)境，這些環(huán)境特點(diǎn)對(duì)陀螺組合性能具有很大影響，所以進(jìn)行完上述測(cè)試后，需將陀螺組合置于真空罐中，測(cè)試組件在真空環(huán)境下、整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的性能；然后將陀螺置于輻射環(huán)境中，測(cè)試輻射環(huán)境下陀螺組合的性能。當(dāng)所有測(cè)試結(jié)果均滿足要求后，說(shuō)明陀螺組合滿足空間應(yīng)用的要求，可以投入使用，任何一點(diǎn)不滿足，均須對(duì)陀螺組合進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種適用于空間應(yīng)用的光纖陀螺組合測(cè)試平臺(tái)，其特征在于包括陀螺組件、供電部分、采集部分、數(shù)據(jù)處理，其中供電系統(tǒng)包括電源盒和穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓電源通過(guò)電源盒為陀螺組件供電，同時(shí)對(duì)陀螺組件工作電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)；采集部分由采集線和數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成，采集部分和數(shù)據(jù)處理與陀螺組件接口采用總線方式連接，三只陀螺的接收數(shù)據(jù)線掛在一條總線上與系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)線相連，事先約定三只陀螺標(biāo)識(shí)碼，計(jì)算機(jī)同時(shí)向三只陀螺發(fā)送一個(gè)標(biāo)識(shí)碼，標(biāo)識(shí)碼相符的陀螺占據(jù)總線，并發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后釋放總線；陀螺發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)采集線至數(shù)據(jù)采集卡后送入數(shù)據(jù)處理部分中的計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出各軸陀螺的零偏、零偏穩(wěn)定性的值，同時(shí)對(duì)陀螺輸出進(jìn)行保存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于空間應(yīng)用的光纖陀螺組合測(cè)試平臺(tái)，其特征在于所述的穩(wěn)壓電源為雙路可跟蹤直流穩(wěn)壓電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于空間應(yīng)用的光纖陀螺組合測(cè)試平臺(tái)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理部分中的計(jì)算機(jī)控制方法事先約定三只陀螺標(biāo)識(shí)碼，計(jì)算機(jī)程序首先向三只陀螺同時(shí)發(fā)送x軸標(biāo)識(shí)碼，標(biāo)識(shí)碼相符的陀螺即x軸陀螺占據(jù)總線并發(fā)回?cái)?shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)采集卡轉(zhuǎn)換后傳輸至計(jì)算機(jī)，此時(shí)程序讀取來(lái)自數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)，并判斷其是否正確，如果正確則將數(shù)據(jù)存入寄存器，否則重新發(fā)送標(biāo)識(shí)碼，重復(fù)上述循環(huán)10次后，對(duì)所測(cè)得數(shù)據(jù)取平均，作為x軸陀螺的一個(gè)輸出，并計(jì)算其零偏、零漂值，同時(shí)輸出顯示計(jì)算結(jié)果，并保存陀螺輸出值；然后發(fā)送y軸標(biāo)識(shí)碼，重復(fù)上述操作，得到y(tǒng)軸陀螺各參數(shù)值；之后再發(fā)送z軸陀螺標(biāo)識(shí)碼，完成對(duì)組合的一次數(shù)據(jù)采集和處理，陀螺測(cè)試時(shí)，該數(shù)據(jù)采集、處理過(guò)程在整個(gè)測(cè)試時(shí)間內(nèi)循環(huán)執(zhí)行，直至測(cè)試結(jié)束。
全文摘要
一種適用于空間應(yīng)用的光纖陀螺組合測(cè)試平臺(tái)，包括陀螺組件、供電部分、采集部分、數(shù)據(jù)處理，穩(wěn)壓電源通過(guò)電源盒為陀螺組件供電，同時(shí)對(duì)陀螺組件工作電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)；采集部分和數(shù)據(jù)處理與陀螺組件接口采用總線方式連接，三只陀螺的接收數(shù)據(jù)線掛在一條總線上與系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)線相連，事先約定三只陀螺標(biāo)識(shí)碼，系統(tǒng)同時(shí)向三只陀螺發(fā)送一個(gè)標(biāo)識(shí)碼，標(biāo)識(shí)碼相符的陀螺占據(jù)總線，并向系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后釋放總線；陀螺發(fā)送還數(shù)據(jù)經(jīng)采集線至數(shù)據(jù)采集卡后送入數(shù)據(jù)處理部分中的計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出各軸陀螺的零偏、零偏穩(wěn)定性的值。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，實(shí)用性好等優(yōu)點(diǎn)，配合各種環(huán)境測(cè)試設(shè)備時(shí)，可完成陀螺組合的各種性能測(cè)試，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間應(yīng)用陀螺組合性能的綜合評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)G01C19/72GK1888822SQ20061008897
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日
發(fā)明者肖文, 張忠鋼, 韓艷玲, 劉德文, 劉洋, 李 瑞, 張運(yùn)春 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)