專利名稱：一種加速度計(jì)測(cè)試裝置及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種儀器的測(cè)試方法以及應(yīng)用該測(cè)試方法的裝置，更具體地涉及一種對(duì)加速度計(jì)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行一體化測(cè)試的裝置和方法。
背景技術(shù)：
加速度計(jì)是用來測(cè)量運(yùn)載體加速度值的高精度敏感慣性傳感器，其性能直接影響高精度定位定向系統(tǒng)的作用，因此在生產(chǎn)過程中，需要對(duì)加速度計(jì)表頭的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行測(cè)試，以便將其與相應(yīng)的伺服電路精確匹配。目前，普遍采用傳統(tǒng)儀器構(gòu)成的測(cè)試裝置對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，采用分立儀器搭建測(cè)試系統(tǒng)，且以人工測(cè)量為主，測(cè)試時(shí)間長、測(cè)試誤差大、測(cè)試結(jié)果可重復(fù)性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有方法之不足，提供一種加速度計(jì)的自動(dòng)綜合測(cè)試裝置及其測(cè)試方法，系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、測(cè)試速度快、可靠性高。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方式如下一種加速度計(jì)測(cè)試裝置，包括計(jì)算機(jī)、接口卡、GPIB總線、伺服電路、多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表、信號(hào)調(diào)理器，其中多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表與GPIB總線和信號(hào)調(diào)理器分別連接，接口卡連接計(jì)算機(jī)與GPIB總線，用于實(shí)現(xiàn)測(cè)試儀器、計(jì)算機(jī)之間的通信，多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表通過信號(hào)調(diào)理器連接加速度計(jì)與伺服電路，多路轉(zhuǎn)換單元用于實(shí)現(xiàn)電路切換控制，信號(hào)調(diào)理器用于產(chǎn)生所需的激勵(lì)信號(hào)和參考信號(hào)。所述的計(jì)算機(jī)裝載顯示模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、測(cè)試控制模塊和輸出模塊，其中上述模塊的控制和管理由主程序控制模塊進(jìn)行。一種應(yīng)用上述加速度計(jì)測(cè)試裝置的測(cè)試方法，包括以下步驟第一步，啟動(dòng)所述加速度計(jì)測(cè)試裝置，進(jìn)行基本測(cè)試參數(shù)設(shè)置等初始化工作；第二步，選擇所述加速度計(jì)測(cè)試裝置進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試或自動(dòng)測(cè)試；第三步，根據(jù)上一步的測(cè)試選擇，由主程序控制模塊調(diào)度測(cè)試控制模塊采用手動(dòng)測(cè)試或自動(dòng)測(cè)試對(duì)加速度計(jì)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)試；第四步，對(duì)加速度計(jì)與伺服電路的匹配和調(diào)試；第五步，輸出測(cè)試結(jié)果，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和處理。所述測(cè)試項(xiàng)目包括，諧振峰值、帶寬、超調(diào)量、噪聲、三角波功能測(cè)試和伺服電路穩(wěn)壓性能等實(shí)現(xiàn)加速度計(jì)的篩選和匹配所需的測(cè)試。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，提供了一種迅速、可靠的加速度計(jì)測(cè)試裝置及方法，縮短了測(cè)試所需的時(shí)間，對(duì)加速度計(jì)多個(gè)參數(shù)按照設(shè)定的條件自動(dòng)測(cè)試和匹配，并且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、傳輸、保存、處理和分析，大大提高了加速度計(jì)測(cè)試的自動(dòng)化水平，同時(shí)具有較強(qiáng)的通用性和可擴(kuò)展性。


圖I是本發(fā)明的測(cè)試裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明測(cè)試裝置中計(jì)算機(jī)的功能模塊示意圖。圖3是本發(fā)明測(cè)試方法的流程圖。圖4是按照本發(fā)明的測(cè)試方法測(cè)試帶寬參數(shù)的流程圖。圖5是按照本發(fā)明的測(cè)試方法測(cè)試諧振峰值參數(shù)的流程圖。 附圖標(biāo)記說明I加速度計(jì)表頭2信號(hào)調(diào)理器3伺服電路4多路轉(zhuǎn)換單元5函數(shù)發(fā)生器6示波器7數(shù)字電壓表8GPIB總線9接口卡10計(jì)算機(jī)
具體實(shí)施例方式圖I所示為本發(fā)明的測(cè)試裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖，包括加速度計(jì)I、信號(hào)調(diào)理器2、伺服電路3、多路轉(zhuǎn)換單元4、函數(shù)發(fā)生器5、示波器6、數(shù)字電壓表7、GPIB總線8、接口卡9和計(jì)算機(jī)10。將加速度計(jì)I水平放置在工件支架上，并通過信號(hào)調(diào)理器2內(nèi)的信號(hào)調(diào)理電路與伺服電路3連接；取4條GPIB總線8，分別將函數(shù)函數(shù)發(fā)生器5、數(shù)字示波器6、數(shù)字電壓表7與接口卡9連接；接口卡9通過連接線與計(jì)算機(jī)10進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)測(cè)試儀器、計(jì)算機(jī)之間的通信。多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表通過信號(hào)調(diào)理器連接加速度計(jì)與伺服電路，多路轉(zhuǎn)換單元用于實(shí)現(xiàn)電路切換控制，信號(hào)調(diào)理器用于產(chǎn)生所需的激勵(lì)信號(hào)和參考信號(hào)。其中，接口卡9通過GPIB數(shù)據(jù)總線與計(jì)算機(jī)、函數(shù)發(fā)生器、測(cè)試儀器之間通信。各測(cè)試儀器與GPIB總線連接，實(shí)現(xiàn)以下三種功能之一①接受數(shù)據(jù)；②發(fā)送數(shù)據(jù)；③控制總線上的所有儀器的數(shù)據(jù)交換，該功能通常由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。如圖2所示為測(cè)試裝置中計(jì)算機(jī)的功能模塊示意圖，其中裝載有顯示模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、測(cè)試控制模塊和輸出模塊，其中上述模塊的控制和管理由主程序控制模塊進(jìn)行。其中，顯示模塊包括異常監(jiān)控報(bào)警模塊、測(cè)試結(jié)果顯示模塊、程序界面顯示模塊、測(cè)試功能顯示模塊和儀器狀態(tài)顯示模塊，數(shù)據(jù)管理模塊包括測(cè)試數(shù)據(jù)處理和測(cè)試數(shù)據(jù)查詢模塊，測(cè)試控制模塊包含功能測(cè)試模塊、諧振峰模塊、帶寬測(cè)試模塊、超調(diào)測(cè)試模塊、噪聲測(cè)試模塊、三角波測(cè)試模塊和伺服電路穩(wěn)壓測(cè)試模塊。在對(duì)加速度計(jì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的過程中，由主程序控制模塊調(diào)度測(cè)試控制模塊對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試或自動(dòng)測(cè)試。測(cè)試參數(shù)包括，諧振峰值、帶寬、超調(diào)量、噪聲、三角波、功能和伺服電路穩(wěn)壓性能等測(cè)試項(xiàng)目。如圖3所示為本發(fā)明測(cè)試方法的流程圖。該方法的步驟為第一步，啟動(dòng)測(cè)試儀器，運(yùn)行測(cè)試程序，查看各儀器連接是否正常，操作者可以自行設(shè)置或選擇默認(rèn)設(shè)置儀器，完成基本儀器測(cè)試控制參數(shù)的設(shè)置等系統(tǒng)初始化工作。第二步，選擇手動(dòng)測(cè)試或自動(dòng)測(cè)試，如選擇手動(dòng)測(cè)試，可以對(duì)加速度計(jì)各項(xiàng)參數(shù)分別進(jìn)行單項(xiàng)或組合測(cè)試；如選擇自動(dòng)測(cè)試，則采用多路轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)調(diào)理器、函數(shù)發(fā)生器實(shí)時(shí)采集、處理、分析、篩選、顯示、分析和自動(dòng)判斷輸出是否滿足預(yù)設(shè)條件。第三步，根據(jù)上一步的測(cè)試選擇，由主程序控制模塊調(diào)度測(cè)試控制模塊對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試或自動(dòng)測(cè)試。測(cè)試參數(shù)包括，諧振峰值、帶寬、超調(diào)量、噪聲、三角波、功能測(cè)試和伺服電路穩(wěn)壓性能等測(cè)試項(xiàng)目。在該步驟中，首先切換到多路轉(zhuǎn)換單元的通道2，然后利用信號(hào)調(diào)理器實(shí)現(xiàn) 選擇，繼而采用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生頻率信號(hào)，接著切換到多路轉(zhuǎn)換單元的通道1，再次利用信號(hào)調(diào)理器實(shí)現(xiàn)選擇，根據(jù)針對(duì)不同參數(shù)測(cè)試設(shè)置的條件對(duì)數(shù)字電壓表測(cè)試的加速度計(jì)的輸出信號(hào)是否滿足預(yù)設(shè)參數(shù)條件自動(dòng)進(jìn)行判斷。該步驟過程中通過系統(tǒng)的容錯(cuò)性能避免了由于用戶操作失誤導(dǎo)致的數(shù)據(jù)測(cè)量不完整和不準(zhǔn)確的問題。圖4和圖5所示分別帶寬和諧振峰值參數(shù)的測(cè)試流程。如圖4所示，在測(cè)試帶寬參數(shù)時(shí)，由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生正弦擾動(dòng)信號(hào)，信號(hào)保持幅值為I、頻率為零，加載于伺服電路，系統(tǒng)自動(dòng)采集此時(shí)系統(tǒng)輸出M(O)，其中，M(O)為加速度計(jì)上次頻率信號(hào)為0時(shí)輸出，M(co)為本次頻率信號(hào)為Co時(shí)輸出。按照先采樣點(diǎn)數(shù)少，后
采樣點(diǎn)數(shù)多的原則，增加頻率使系統(tǒng)輸出M(%)= + M(0) 0.707 M(0)，％即為系統(tǒng)的
帶寬頻率。，正弦信號(hào)頻率具體設(shè)定值應(yīng)遵循以下原則可以先以200Hz量值均勻增加量，
即采樣點(diǎn)數(shù)少，至系統(tǒng)輸出低于;^ M(O)，此時(shí)頻率為CO2tltl;然后使正弦擾動(dòng)信號(hào)頻率從
( ■-200)，以50Hz變化量均勻增加，即增加采樣點(diǎn)數(shù)，按照同樣方法，遞減變化量值，即可得到系統(tǒng)帶寬頻率如圖5所示，在測(cè)試諧振峰值參數(shù)時(shí)，由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生正弦擾動(dòng)信號(hào)，幅值為IV，從低頻到高頻加于加速度計(jì)電路，系統(tǒng)自動(dòng)采集此時(shí)系統(tǒng)輸出，并完成比較，直到輸出為最大值，且滿足:M( p) = Mfflax, cop即為諧振頻率。其中，通過公式(I)、⑵計(jì)算系統(tǒng)模型方程阻尼比、無阻尼自然頻率。MK) = ^=T...............................................................⑴(op = 0)n^l ~2^2 ................................................................ (2)上述公式中，M( p)為測(cè)得系統(tǒng)的諧振峰值，I為系統(tǒng)模型方程阻尼比，為系統(tǒng)的峰值頻率，為系統(tǒng)模型方程無阻尼自然頻率。在圖5中,MO')為加速度計(jì)上一次頻率信號(hào)為《 '時(shí)的輸出，而MO")為本次頻率信號(hào)為時(shí)輸出。頻率間隔選取的原則是在低頻段和高頻段選取可以大些，即采樣點(diǎn)數(shù)少，找到轉(zhuǎn)折頻率；在轉(zhuǎn)折頻率處設(shè)置較小的時(shí)間間隔，即采樣點(diǎn)多。由于系統(tǒng)諧振頻率的存在，在諧振點(diǎn)附近區(qū)域應(yīng)降低擾動(dòng)電壓的幅值。其中，通過對(duì)多次測(cè)試數(shù)據(jù)分析，正弦信號(hào)幅值最好按照以下規(guī)則進(jìn)行設(shè)定小于IOOHz時(shí)，取IV ； IOOHz到400Hz，取0. 7V ；大于400HZ，取1.6V。然后，設(shè)置正弦擾動(dòng)信號(hào)幅值為IV，頻率為諧振頻率Wp，得到系統(tǒng)的諧振峰值M( p)。測(cè)試控制模塊還用來測(cè)試超調(diào)量、三角波、噪聲、功能測(cè)試和伺服電路穩(wěn)壓性能等其他參數(shù)。以測(cè)試超調(diào)量參數(shù)為例，由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生方波信號(hào)，以代替單位階躍信號(hào)作為擾動(dòng)輸入加速度計(jì)，自動(dòng)通過示波器測(cè)試加速度計(jì)的超調(diào)量。第四步，對(duì)加速度計(jì)與伺服電路的匹配和調(diào)試，整個(gè)測(cè)試完成，彈出自動(dòng)測(cè)試完成對(duì)話框，并在測(cè)試界面給出本次匹配篩選測(cè)試結(jié)果描述。如果所有指標(biāo)符合，測(cè)試結(jié)果以綠色字體；有指標(biāo)不符合，以紅色字體顯示；測(cè)試過程中出現(xiàn)異常情況，則本次測(cè)試終止，并給出提示。測(cè)試結(jié)果自動(dòng)保存。第五步，由主程序控制模塊控制輸出模塊，輸出測(cè)試結(jié)果的匯總表,并完成數(shù)據(jù)打??；主程序控制模塊控制數(shù)據(jù)管理模塊，可以對(duì)所有加速度計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和處理。本發(fā)明采用的測(cè)試裝置及方法構(gòu)建了模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試系統(tǒng)，避免了測(cè)試篩選過程中分立儀器的搭建，儀器設(shè)置由計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，該測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化、快速、高可靠性的加速度計(jì)測(cè)量，具有較強(qiáng)的通用性和擴(kuò)展性，有益于加速度計(jì)生產(chǎn)工藝的過程控制。此外，由于在測(cè)試篩選過程中減少了人工操作，由系統(tǒng)控制產(chǎn)生所需的激勵(lì)信號(hào)和參考信號(hào)，能夠精確到IHz以上，且在測(cè)試過程中，信號(hào)采集精度為8位，因此整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)具有較高的測(cè)試精度。
將加速度計(jì)表頭與伺服電路自動(dòng)測(cè)試篩選以及數(shù)掘采集、處理能同步實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了測(cè)試流程；測(cè)試結(jié)果無需手工記錄，將數(shù)掘自動(dòng)保存為數(shù)據(jù)庫，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出與存儲(chǔ)，因此，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)具有較高的自動(dòng)化水平。由于設(shè)計(jì)了可視化的操作界面，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示；測(cè)試過程中，系統(tǒng)能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行情況，對(duì)不符合要求的測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)報(bào)警提示測(cè)試人員進(jìn)行處置，因此，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)具有較高的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種加速度計(jì)測(cè)試裝置，其特征在于，所述測(cè)試裝置包括計(jì)算機(jī)、接口卡、GPIB總線、伺服電路、多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表、信號(hào)調(diào)理器，其中多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表與GPIB總線和信號(hào)調(diào)理器分別連接，接口卡連接計(jì)算機(jī)與GPIB總線，多路轉(zhuǎn)換單元、函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)字電壓表通過信號(hào)調(diào)理器包連接加速度計(jì)與伺服電路，其中多路轉(zhuǎn)換單元用于實(shí)現(xiàn)電路切換控制，信號(hào)調(diào)理器含采集模塊、限流模塊、濾波電路，用于產(chǎn)生所需的激勵(lì)信號(hào)和參考信號(hào)。所述的計(jì)算機(jī)裝載顯示模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、測(cè)試控制模塊和輸出模塊，以及用于對(duì)上述模塊進(jìn)行管理和控制的主程序控制|吳塊。
2.如權(quán)利要求I所述的加速度計(jì)測(cè)試裝置，其特征在于，所述的顯示模塊包括異常監(jiān)控報(bào)警模塊、測(cè)試結(jié)果顯示模塊、程序界面顯示模塊、測(cè)試功能顯示模塊和儀器狀態(tài)顯示模塊，數(shù)據(jù)管理模塊包括測(cè)試數(shù)據(jù)處理和測(cè)試數(shù)掘查詢模塊，測(cè)試控制模塊包含功能測(cè)試模塊、諧振峰模塊、帶寬測(cè)試模塊、超調(diào)測(cè)試模塊、噪聲測(cè)試模塊、三角波測(cè)試模塊和伺服電路穩(wěn)壓性能測(cè)試模塊。
3.一種應(yīng)用權(quán)利要求I所述的測(cè)試裝置對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行測(cè)試的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，啟動(dòng)所述加速度計(jì)測(cè)試裝置，進(jìn)行初始化；第二步，選擇所述加速度計(jì)測(cè)試裝置進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試或自動(dòng)測(cè)試；第三步，根掘上一步的測(cè)試選擇，由主程序控制模塊調(diào)度測(cè)試控制模塊采用手動(dòng)測(cè)試或自動(dòng)測(cè)試對(duì)加速度計(jì)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)試；第四步，對(duì)加速度計(jì)與伺服電路進(jìn)行匹配和調(diào)試；第五步，輸出測(cè)試結(jié)果，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)試方法，其特征在于，所述加速度計(jì)的測(cè)試參數(shù)包括，諧振峰值、帶寬、超調(diào)量、噪聲、三角波、功能測(cè)試和伺服電路穩(wěn)壓性能測(cè)試。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種加速度計(jì)的測(cè)試裝置及測(cè)試方法，所述測(cè)試裝置及方法同步實(shí)現(xiàn)了加速度計(jì)的篩選測(cè)試、數(shù)據(jù)采集及處理，能夠快速、自動(dòng)、高精度、高可靠性地完成加速度計(jì)的測(cè)試，提高了加速度計(jì)生產(chǎn)過程控制的自動(dòng)化水平。
文檔編號(hào)G01P21/00GK102621349SQ201110457440
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者周峰, 張寧, 段鈞寶, 鄧軍, 郭琳瑞, 顧文華, 顧英 申請(qǐng)人:航天科工慣性技術(shù)有限公司