專利名稱：一種雙軸轉(zhuǎn)臺的mems陀螺測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種雙軸轉(zhuǎn)臺的MEMS陀螺測試系統(tǒng)，可應(yīng)用于慣性器件測試設(shè) 備領(lǐng)域的MEMS陀螺傳感器全自動測試。
背景技術(shù)：
MEMS陀螺傳感器的測試，通常包括標(biāo)度因數(shù)、標(biāo)度因數(shù)溫度靈敏度、標(biāo)度因數(shù)、非 線性、零偏、零偏穩(wěn)定性、零偏重復(fù)性、零偏溫度靈敏度、分辨率、閾值、隨機(jī)游走系數(shù)、輸入 軸失準(zhǔn)角等項目。目前MEMS陀螺研制單位或應(yīng)用單位對MEMS器件的測試，受測試設(shè)備的 條件限制，如測試速率轉(zhuǎn)臺、數(shù)采單元具有獨(dú)立性特點(diǎn)，造成測試過程和方法依然停留在個 別參數(shù)的測試方面，其測試的自動化程度和效率也比較低。另一方面，受目前測試使用速率 轉(zhuǎn)臺范圍的限制(一般為1000° /s以下)，對于大量程的MEMS陀螺器件測試范圍一般也 只能局限于設(shè)備固有的速率范圍內(nèi)進(jìn)行，對于大于測試設(shè)備的測量范圍不能進(jìn)行有效的標(biāo) 定。目前業(yè)界的公認(rèn)做法是，在設(shè)備速率范圍內(nèi)的進(jìn)行有效的速率測試，然后對測試結(jié)果做 適當(dāng)?shù)耐庋?，來?quán)衡范圍外的指標(biāo)性能測試，從而造成測試范圍的覆蓋性不足。

實用新型內(nèi)容本實用新型的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種雙軸轉(zhuǎn)臺的MEMS 陀螺測試系統(tǒng)，解決了 MEMS陀螺測試要求的高速率、測試溫控要求等問題，提高了測試效 率，可以用于MEMS陀螺傳感器的批量測試。本實用新型的技術(shù)解決方案是一種雙軸轉(zhuǎn)臺的MEMS陀螺綜合測試系統(tǒng)，包括雙 軸轉(zhuǎn)臺、高低溫溫箱、MEMS陀螺、溫箱控制器、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥、光電編碼器、MEMS 陀螺測試單元和測控計算機(jī)；雙軸轉(zhuǎn)臺臺體采用U-T型框架式結(jié)構(gòu)，其中傾斜軸軸端一側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接 閥，另一側(cè)為信號導(dǎo)電滑環(huán)，雙軸轉(zhuǎn)臺方位軸的工作臺面上沿軸線對稱安裝MEMS陀螺，高 低溫溫箱安裝在雙軸轉(zhuǎn)臺傾斜軸的框架上并隨傾斜軸框架一起轉(zhuǎn)動，雙軸轉(zhuǎn)臺方位軸的工 作臺面包含在高低溫溫箱內(nèi)，溫箱箱體與壓縮機(jī)之間通過旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥連接，控制計算 機(jī)通過溫箱控制器控制壓縮機(jī)用于保證傾斜內(nèi)軸轉(zhuǎn)動時連續(xù)將冷媒注入高低溫箱的箱體 內(nèi)，使高低溫箱的溫度控制范圍為_55°C +120°C;光電編碼器作為速率反饋元件安裝在雙 軸轉(zhuǎn)臺方位軸上，光電編碼器輸出脈沖信號用于與轉(zhuǎn)臺控制器發(fā)出的轉(zhuǎn)速指令信號比較后 輸出電機(jī)控制信號，電機(jī)控制信號控制電機(jī)帶動雙軸轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，MEMS陀螺測試單元對MEMS 陀螺輸出的測量信號進(jìn)行采集，然后由控制計算機(jī)對采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到測試結(jié)
^ o本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是本實用新型將轉(zhuǎn)臺、溫箱、MEMS陀螺測試 單元結(jié)合一起，構(gòu)建了一個方便、高效的測試系統(tǒng)，溫箱為MEMS陀螺測試提供溫度環(huán)境條 件，溫度控制范圍為_55°C +120°C，保證測試項目更全，以便在各個溫度下對MEMS陀螺進(jìn) 行從標(biāo)定，增加其標(biāo)定的準(zhǔn)確性，解決了 MEMS陀螺測試要求的高速率、測試溫控要求等問
3題，提高了測試效率。
圖1是本實用新型的系統(tǒng)組成示意圖；圖2是本實用新型采用的帶溫箱雙軸轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實用新型測試軟件的功能組成圖；圖4是本實用新型測試軟件的工作流程圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，一種雙軸轉(zhuǎn)臺的MEMS陀螺綜合測試系統(tǒng)，包括雙軸轉(zhuǎn)臺、高低溫溫 箱1、MEMS陀螺4、溫箱控制器、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥6、光電編碼器7、MEMS陀螺測試單 元和測控計算機(jī)；雙軸轉(zhuǎn)臺共有兩個軸，其中外軸叫做傾斜軸，內(nèi)軸叫做方位軸，雙軸轉(zhuǎn)臺 臺體采用U-T型框架式結(jié)構(gòu)，其中傾斜內(nèi)軸2軸端一側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥6，另一側(cè)為信 號導(dǎo)電滑環(huán)，雙軸轉(zhuǎn)臺方位軸5的工作臺面3上沿軸線對稱安裝MEMS陀螺4，高低溫溫箱1 安裝在雙軸轉(zhuǎn)臺傾斜內(nèi)軸2的框架上并隨傾斜內(nèi)軸2框架一起轉(zhuǎn)動，雙軸轉(zhuǎn)臺方位軸5的 工作臺面3包含在高低溫溫箱1內(nèi)，溫箱箱體1與壓縮機(jī)之間通過旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥6連接， 控制計算機(jī)通過溫箱控制器控制壓縮機(jī)用于保證傾斜內(nèi)軸2轉(zhuǎn)動時連續(xù)將冷媒注入高低 溫箱1的箱體內(nèi)，使高低溫箱的溫度控制范圍為_55°C +120°C;光電編碼器7作為速率反 饋元件安裝在雙軸轉(zhuǎn)臺方位軸5上，光電編碼器輸出脈沖信號用于與轉(zhuǎn)速指令信號比較后 輸出電機(jī)控制信號，電機(jī)控制信號控制電機(jī)帶動雙軸轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，MEMS陀螺測試單元對MEMS 陀螺輸出的測量信號進(jìn)行處理得到測試結(jié)果。高低溫箱為MEMS陀螺測試提供溫度環(huán)境條件，溫度控制范圍為-55°C +120°C。 將其安裝在雙軸轉(zhuǎn)臺的傾斜內(nèi)軸框架上，可隨傾斜內(nèi)軸一起轉(zhuǎn)動，并將方位軸通過溫箱底 部的開孔升入溫箱內(nèi)，將工作臺面安裝在轉(zhuǎn)臺主軸軸端上，置于溫箱中。溫箱的控制及壓縮 機(jī)部分與溫箱箱體分開，箱體與壓縮機(jī)之間的管路用一個旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接閥連接，保證冷媒在箱 體與壓縮機(jī)之間的暢通。這種結(jié)構(gòu)便于隔離制冷壓縮機(jī)的工作振動。雙軸轉(zhuǎn)臺為MEMS陀螺測試提供位置姿態(tài)和角速率輸入。轉(zhuǎn)臺的方位軸上裝用高 精度光電編碼器作為速率反饋元件，其輸出脈沖信號為與實際轉(zhuǎn)速值成正比的脈沖信號， 每圈的輸出脈沖數(shù)為36000個，經(jīng)細(xì)分電路倍頻后可分辨率，最高可達(dá)每圈3600K個。轉(zhuǎn)速 指令信號為頻率值與轉(zhuǎn)速指令值成正比的脈沖信號，由測控計算機(jī)控制轉(zhuǎn)臺控制器中的脈 沖發(fā)生器發(fā)出，其輸出頻率范圍為100 100KHZ。轉(zhuǎn)速反饋信號和轉(zhuǎn)速指令信號相比較后 由轉(zhuǎn)臺控制器輸出電機(jī)控制信號，經(jīng)功率驅(qū)動后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)臺控制器可根據(jù)轉(zhuǎn)速指 令值的大小自動設(shè)置編碼器反饋信號的細(xì)分倍數(shù)，轉(zhuǎn)速較低時，采用較小的細(xì)分倍數(shù)，以提 高轉(zhuǎn)速精度；轉(zhuǎn)速較高時，采用較大的細(xì)分倍數(shù)，以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。由此可實現(xiàn)很寬 的速率范圍和很高的速率精度。MEMS陀螺測試單元置入控制柜中，位于方位軸臺面上的10個MEMS陀螺傳感器輸 出的模擬信號經(jīng)導(dǎo)電滑環(huán)后分別引入到MEMS陀螺測試單元的10路差分輸入的模擬輸入通 道，每路信號再經(jīng)過信號調(diào)理電路后，送入18位的高精度A/D采集卡，由此可將10個MEMS 陀螺的輸出信號精確轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。利用測控計算機(jī)的控制，可實現(xiàn)高速的信號采集，單
4通道采集頻率最大可達(dá)625kps。在不同的溫度環(huán)境和轉(zhuǎn)速下，將變換后的每個MEMS陀螺傳 感器輸出按規(guī)定的方法進(jìn)行計算，可得到標(biāo)度因數(shù)、標(biāo)度因數(shù)溫度靈敏度、非線性、零偏、零 偏穩(wěn)定性、零偏重復(fù)性、零偏溫度靈敏度、分辨率、閾值、隨機(jī)游走系數(shù)、輸入軸失準(zhǔn)角等測 試值。高低溫箱、雙軸轉(zhuǎn)臺和MEMS陀螺測試單元均由測控計算機(jī)控制，軟件采用模塊化 設(shè)計，如圖3所示，主要由轉(zhuǎn)臺測控模塊、溫箱溫度測控模塊、測試任務(wù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫管 理模塊、MEMS數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)結(jié)果計算和處理模塊、遠(yuǎn)程通訊接口模塊等組成。用戶可在操 作界面上可直接設(shè)置溫箱溫度、轉(zhuǎn)臺位置和速率、MEMS陀螺測試的項目。也可按照所需流 程配置多組測試，每組測試中均可設(shè)置不同的溫箱溫度、轉(zhuǎn)臺位置和速率、MEMS陀螺測試的 項目和測試時間。利用計算機(jī)時鐘，軟件可在一組測試完成后，自動轉(zhuǎn)入到下一組測試，直 到完成全部測試項目。測試完成后，軟件按所有測試內(nèi)容自動計算處測試結(jié)果，并生成測試 結(jié)果報表以文件形式存放于計算機(jī)中，然后退出程序。具體的測試過程如圖4所示，測試開始前，用戶可預(yù)先設(shè)置溫箱溫度、保溫時間、 轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角或速率值、MEMS陀螺測試個數(shù)和項目等參數(shù)；開始測試后，軟件會自動啟動計時 器，按照用戶配置的測試項目自動開始測試，完成一個項目后，自動切換到下一個項目，依 次完成所有測試項目后，軟件自動生產(chǎn)測試結(jié)果報表，并退出程序。這種MEMS陀螺綜合測試系統(tǒng)是一種完整的全自動測試系統(tǒng)，提高了測試效率，滿 足了 MEMS陀螺傳感器測試所需的一次裝卡多參數(shù)全過程測試、大動態(tài)速率范圍覆蓋性、測 試溫控要求和自動化批量測試的要求。本實用新型未詳細(xì)描述內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
權(quán)利要求一種雙軸轉(zhuǎn)臺的MEMS陀螺測試系統(tǒng)，其特征在于包括雙軸轉(zhuǎn)臺、高低溫溫箱(1)、MEMS陀螺(4)、溫箱控制器、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥(6)、光電編碼器(7)、MEMS陀螺測試單元和測控計算機(jī)；雙軸轉(zhuǎn)臺臺體采用U T型框架式結(jié)構(gòu)，其中傾斜軸(2)軸端一側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥(6)，另一側(cè)為信號導(dǎo)電滑環(huán)，雙軸轉(zhuǎn)臺方位軸(5)的工作臺面(3)上沿軸線對稱安裝MEMS陀螺(4)，高低溫溫箱(1)安裝在雙軸轉(zhuǎn)臺傾斜軸(2)的框架上并隨傾斜軸(2)框架一起轉(zhuǎn)動，雙軸轉(zhuǎn)臺方位軸(5)的工作臺面(3)包含在高低溫溫箱(1)內(nèi)，溫箱箱體(1)與壓縮機(jī)之間通過旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)接閥(6)連接，控制計算機(jī)通過溫箱控制器控制壓縮機(jī)在傾斜內(nèi)軸(2)轉(zhuǎn)動時連續(xù)將冷媒注入高低溫箱(1)的箱體內(nèi)，光電編碼器(7)作為速率反饋元件安裝在雙軸轉(zhuǎn)臺方位軸(5)上，光電編碼器(7)輸出脈沖信號用于與轉(zhuǎn)臺控制器發(fā)出的轉(zhuǎn)速指令信號比較后輸出電機(jī)控制信號，電機(jī)控制信號控制電機(jī)帶動雙軸轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，MEMS陀螺測試單元對MEMS陀螺輸出的測量信號進(jìn)行采集，然后由控制計算機(jī)對采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到測試結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙軸轉(zhuǎn)臺的MEMS陀螺測試系統(tǒng)，其特征在于所述高低 溫箱(1)的溫度控制范圍為_55°C +120°C。
專利摘要本實用新型公開了一種雙軸轉(zhuǎn)臺的MEMS陀螺測試系統(tǒng)，將帶高低溫箱的雙軸轉(zhuǎn)臺和MEMS陀螺傳感器測試單元結(jié)合起來，組成一種全自動的MEMS陀螺綜合測試系統(tǒng)，溫箱為MEMS陀螺測試提供溫度環(huán)境條件，溫度控制范圍為-55℃～+120℃，保證測試項目更全，以便在各個溫度下對MEMS陀螺進(jìn)行從標(biāo)定，以增加其標(biāo)定的準(zhǔn)確性，從而解決了MEMS陀螺測試要求的高速率、測試溫控要求等問題，提高了測試效率。
文檔編號G01C25/00GK201653429SQ201020181149
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者周宏新, 王勝利, 胡吉昌, 趙郭有為, 鄭權(quán) 申請人:北京航天控制儀器研究所