陀螺儀與加速度計的測試目的與意義

1、陀螺儀與加速度計的測試目的與意義及常用的設備功能簡介自動化學院2120121045 楊超峰目錄v陀螺儀和加速度計的測試的目的v陀螺儀和加速度計的測試的意義v常用的測試設備及功能簡介v測試設備與國外差距v慣性測試設備的發(fā)展趨勢陀螺儀與加速度計的測試目的v陀螺儀與加速度計等慣性儀表的精度決定了慣導系統(tǒng)的精度。而提高慣性器件精度的主要途徑有：改進儀表的結構工藝和加工工藝，探索新型慣性儀表;對儀表或系統(tǒng)進行測試和建模，通過誤差補償來提高儀表的實際使用精度和導航精度。v因此測試的目的之一就是建立慣性儀表和慣導系統(tǒng)的數(shù)學模型或誤差模型并確定其參數(shù),再通過誤差補償技術來提高精度。陀螺儀與加速度計的測試目的v

2、慣性器件研制完成后都要經(jīng)過嚴格的測試，以確定其性 能指標。無論是慣性儀表進入儀器和系統(tǒng)的總裝備之前鑒定 其性能是否合格，還是新研制的某型號產(chǎn)品是否達到了預期 技術指標，都必須進行測試v對陀螺儀和加速度計的測試目的主要有以下三類： v1）鑒定它們是否合格，避免故障儀表進入總裝配； v2）掌握它們的誤差規(guī)律，從而建立誤差模型； v3）發(fā)現(xiàn)它們內(nèi)在設計缺陷，為改進提供依據(jù)；v測試的主要目的是建立慣性儀表和慣導系統(tǒng)的數(shù)學模型或誤差模型并確定其參數(shù)陀螺儀的測試目的v基本目的：要確定陀螺儀在系統(tǒng)中使用的時間內(nèi)連續(xù)、正常工作的性能，同時還要研究陀螺儀對使用環(huán)境和工作條件變化的反應，也就是陀螺儀的可靠性，還有

3、陀螺儀的精度。v主要目的：是建立陀螺儀和慣導系統(tǒng)的數(shù)學模型或誤差模型并確定其參數(shù)v一般陀螺儀的性能參數(shù)都是指經(jīng)過調(diào)整補償之后的實際試驗數(shù)據(jù)。而通常提到的陀螺儀的漂移率，都是指沒有規(guī)律 或無法補償?shù)碾S機漂移率。 v機械轉(zhuǎn)子陀螺儀的測試方法主要有雙軸翻滾試驗、離心機試驗、線性振動試驗和角振動試驗，力反饋雙軸翻滾實驗常用于確定在1g重力環(huán)境中陀螺儀靜態(tài)誤差模型的系數(shù)。在特殊情況下，用精密線振動臺和帶反轉(zhuǎn)機構的離心機完成陀螺儀參數(shù)的測試。離心機實驗可以分離出與比力和比力平方敏感的漂移系數(shù)，而線振動臺可以對比力平方敏感的漂移系數(shù)進行標定。加速度計的測試目的v主要是通過測試加速度計的靜態(tài)特性、動態(tài)特性等來

4、是建立加速度計和慣導系統(tǒng)的數(shù)學模型或誤差模型并確定其參數(shù)v加速度計的測試通常包括啟動準備時間、閾值、分辨率、測量范圍、交叉耦合系數(shù)、偏值、標度因數(shù)、非線性系數(shù)、帶寬、磁敏感系數(shù)、重復性以及穩(wěn)定性等等項目。重力場1g0試驗主要測試加速度計在輸入地球重力時的靜態(tài)特性，完成加速度計標度因數(shù)和偏值的標定測試；線振動試驗主要測試加速度計動態(tài)響應特性及與加速度平方成比例的系數(shù)。離心機試驗可用于準確測定加速度計的非線性參數(shù)。陀螺儀與加速度計測試的意義v首先就是可以剔除不合格產(chǎn)品，避免故障儀表進入總裝備。v其次是現(xiàn)代慣性系統(tǒng)對陀螺儀和加速度計的精度提出了更高的要求， 同時也對可靠性、可操作性、可維護性、體積、

5、重量、成本的要求越來越高。 v提高硬件的性能是有限的，并且需要花費大量的成本； 若通過測試建立慣性儀表和慣導系統(tǒng)的數(shù)學模型或誤差模型并確定其參數(shù)，再用軟件的方法，在一定范圍內(nèi)對慣性器件的誤差進行建模和補償，即可有效提高慣導系統(tǒng)的精度，也減少了硬件成本。 常用的慣性測試設備v慣性器件的測試需要專門的測試設備，為了精確測試慣性儀表的精度，其測試設備的自身精度必須比被測件更高，一般來說，測試設備的精度要高一個數(shù)量級，或者說測試設備的誤差應該是 被測儀表誤差的10%。并且要求測試設備具有高的分辨率、重復性和穩(wěn)定性。v慣性測試設備是用來產(chǎn)生精密的角度、角速度、比力以及其他的諸如溫度、濕度、氣壓等環(huán)境基準

6、和條件的設備。這些設備為各種各樣的加速度計、陀螺儀及由它們組成的慣性測量單元提供精密的輸入量，然后根據(jù)它們的輸出將慣性儀表的誤差模型系數(shù)辨識出來，以在系統(tǒng)應用中加以補償或衡量慣性儀表的精度水平。精度測試設備分類v根據(jù)測試對象的靜、動態(tài)特性和測試基準的差異，慣性器件及系統(tǒng)的精度測試設備可分為：v重力場測試設備：包括位置、速率及伺服功能的裝置和轉(zhuǎn)臺。v高過載測試設備：離心機和低頻線振動臺v動態(tài)測試設備：線振動臺和角振動臺多面體與端齒盤v這些設備利用重力場作為標準激勵，主要用于對慣性器件及系統(tǒng)進行靜態(tài)特性測試。v1）.多面體多面體：是一類最簡單、最方便使用的能夠提供精密空間坐標位置的測試裝置，多面體

7、的角精度可達1”。v功能：對慣性器件及系統(tǒng)進行確定角度的多位置測試。v2）.端齒盤端齒盤：是利用齒數(shù)、齒形、直徑均相同的一對端面齒盤，在不同位置齒合而進行圓周分度的器具。v功能：主用于角度精密測量，也可作為慣性器件及系統(tǒng)多位置測試的位置給定裝置。常用的是360齒盤和391齒盤。位置轉(zhuǎn)臺v位置轉(zhuǎn)臺位置轉(zhuǎn)臺：是慣性器件及系統(tǒng)進行靜態(tài)誤差測試的最基本的測試設備，通常有單軸、雙軸、三軸位置轉(zhuǎn)臺，一般還常配有溫度、濕度控制箱。v為陀螺提供相對于地球的各種精確位置v典型參數(shù)如下：v回轉(zhuǎn)精度：0.51v軸間及軸與臺面不垂直度：11.5v分辨率：0.180.36v重復性：0.10.2v位置精度（峰-峰值）：1

8、1.5中航工業(yè)北京航空精密機械研究所中航工業(yè)北京航空精密機械研究所生產(chǎn)的W891E型單軸臥式轉(zhuǎn)臺型單軸臥式轉(zhuǎn)臺 速率轉(zhuǎn)臺v速率轉(zhuǎn)臺又稱是加速度轉(zhuǎn)臺，它主要用于測定陀螺儀的特性，速率轉(zhuǎn)臺均具有位置轉(zhuǎn)臺的特性，按轉(zhuǎn)軸數(shù)目也可分為單軸、雙軸、三軸。主要是為陀螺儀等提供測試所需的精確轉(zhuǎn)動速度。v典型參數(shù)：v轉(zhuǎn)速范圍：0.0001/s5000/sv轉(zhuǎn)速精度：當角度間隔360時，1*10-5/sv 當角度間隔10時，2*10-4/sv 當角度間隔1時，2*10-3/sv速率平穩(wěn)性：當角度間隔360時，1*10-5/sv 當角度間隔10時，2*10-4/sv 當角度間隔1時，2*10-3/s單軸、雙軸轉(zhuǎn)臺帶

9、溫控箱的單軸速率位置轉(zhuǎn)臺帶溫控箱的雙軸速率位置轉(zhuǎn)臺國產(chǎn)轉(zhuǎn)臺WFT-3 型多功能測試三軸轉(zhuǎn)臺型多功能測試三軸轉(zhuǎn)臺 WST-2 型帶高低溫箱的位置速率轉(zhuǎn)臺型帶高低溫箱的位置速率轉(zhuǎn)臺 伺服轉(zhuǎn)臺v伺服轉(zhuǎn)臺主要用于測試陀螺儀的長期漂移特性，其工作狀態(tài)可以模擬陀螺儀在慣性系統(tǒng)平臺系統(tǒng)中的工作情況，此外，還具有精密位置和精密速率功能。也可分為單軸、雙軸和三軸伺服轉(zhuǎn)臺。v伺服轉(zhuǎn)臺在伺服工作狀態(tài)的指標如下：v伺服剛度：一般為1N.m/()5N.m/();v伺服帶寬：一般為312Hz；v跟蹤精度：一般優(yōu)于1v一次連續(xù)工作時間：不少于24h。伺服轉(zhuǎn)臺角振動臺v角振動臺也稱為搖擺臺，主要是為了測試當外界輸入有角加速度

10、時，陀螺儀輸出的動態(tài)誤差特性。根據(jù)轉(zhuǎn)軸的個數(shù)不同，分為單軸、雙軸和三軸角振動臺，以模擬一維、二維、及三維角運動狀態(tài)。v三軸角振動臺的典型性能參數(shù)如下：v最大速率：60/sv最大加速度：1500/s2（內(nèi)框）， 500/s2（中框）， 400/s2（外框）；v頻率范圍：0.520Hz（內(nèi)框）， 0.515Hz（中框）， 0.510Hz（外框）；v失真度：5%。TDC 系列單軸角振動轉(zhuǎn)臺系列單軸角振動轉(zhuǎn)臺 精密線振動臺v精密線振動臺用于測試慣性器件及系統(tǒng)的線振動誤差。目前只有單軸振動臺，可以產(chǎn)生精確地正弦波形線振動。v典型性能參數(shù)如下：v振動加速度范圍：050g；v振動頻率范圍：51000Hz；v

11、振動加速度精度：10-3 ；v波形失真度： 10-2 ；v側向干擾加速度： 10-5 g線振動臺線振動臺 NoImage精密離心機離心機中航工業(yè)北京航空精密機械研究所中航工業(yè)北京航空精密機械研究所 LXJ 系列離心機系列離心機 運動模擬臺v運動模擬臺廣泛應用于各種載體和設備的運動仿真，（如多自由度搖擺臺、三軸飛行仿真試驗轉(zhuǎn)臺），慣性器件及系統(tǒng)可以利用運動模擬器進行功能測試和某些精度項目的測試。六自由度搖擺臺六自由度搖擺臺三軸飛行仿真試驗轉(zhuǎn)臺三軸飛行仿真試驗轉(zhuǎn)臺測試技術與國外差距v陀螺儀測試技術：v1）缺少高精度的測試設備v2）制造工藝水平有待進一步提高v3）需要進一步建立和完善測試規(guī)范v4）應該進一步深入開展慣性儀表誤差來源以及測試方法和測試技術的研究。v加速度計測試技術：v1）重力場實驗的主要差距是試驗設備以及試驗室實驗條件建設方面落后于美國等發(fā)達國家v2）過載試驗、振動試驗等方面，我國無論從試驗設備還是測試方法上與國外都有明顯的差距測試設備與國外差距v1）轉(zhuǎn)臺單項性能一般可以做到較高，但整體和綜合性能等則差距較大v2）轉(zhuǎn)臺性能長時間穩(wěn)定性還明顯不足，設備穩(wěn)定性總體而言很不理想v3)轉(zhuǎn)臺整體性能可靠性較差，