角速度陀螺儀自動測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島 266041）

角速度陀螺儀自動測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

崔亞君，高峰娟，高艷麗

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島 266041）

依據(jù)角速度陀螺儀的性能檢測需求，基于通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件資源，搭建了自動測試系統(tǒng)的硬件平臺，同時(shí)依據(jù)模塊化、規(guī)范化的設(shè)計(jì)思想開發(fā)了與硬件平臺相對應(yīng)的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對角速度陀螺儀的自動檢測。

角速度陀螺儀；性能檢測；自動測試

角速度陀螺儀是飛行控制系統(tǒng)中必不可少的組成設(shè)備之一，它為飛行控制計(jì)算機(jī)提供飛機(jī)繞縱、橫、航三軸轉(zhuǎn)動的角速度信號，此信號是參與飛行控制系統(tǒng)控制律計(jì)算的一個(gè)主要參數(shù)，此參數(shù)測量的準(zhǔn)確與否將直接影響飛機(jī)飛行的品質(zhì)，甚至影響到飛機(jī)的戰(zhàn)斗力，威脅到飛行安全。因此角速度陀螺儀的好壞至關(guān)重要。但是對于角速度陀螺儀的有效檢測除在飛機(jī)上的依賴于飛行控制系統(tǒng)的原位自動檢測外，對于單件主要采用的是分立式通用儀器( 例如：萬用表、頻率計(jì)等)，由人工操作觀察控制，檢測速度慢、自動化程度低、檢測精度難以保證。所以設(shè)計(jì)研制角速度陀螺儀自動測試系統(tǒng)就十分必要。

1 測試系統(tǒng)的功能

為了提高測試速度，保證測量精度及減少人為干擾因素的要求出發(fā)，該系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能。

1.1 性能檢測

不僅能夠?qū)撬俣韧勇輧x的整體電氣性能進(jìn)行檢測，而且還能對各個(gè)組件的電路板進(jìn)行單獨(dú)檢測。

1.2 故障記錄

對檢測的結(jié)果能夠進(jìn)行存儲、顯示和打印, 用于對故障的分析和總結(jié)。

1.3 故障診斷

對檢測的結(jié)果能夠做出基本的評判，具備初級故障診斷和故障定位能力。可以將故障定位到電路板級，部分故障定位到元件級，并將故障可能發(fā)生的原因一并列出，同時(shí)進(jìn)行文字提示或語音提示，方便檢測人員對故障作進(jìn)一步的分析和排除。

1.4 自檢防錯(cuò)

檢測系統(tǒng)自身應(yīng)該具有完善的自診斷功能和防差錯(cuò)能力。減少人為因素及其它相關(guān)因素對檢測結(jié)果的影響。

2 硬件組成

2.1 測試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

圖1是測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖，主要由五部分構(gòu)成：系統(tǒng)控制器、測試系統(tǒng)主機(jī)箱、適配器、被測單元（角速度陀螺儀）和速率轉(zhuǎn)臺。

圖1 角速度陀螺儀自動測試系統(tǒng)圖

2.2 系統(tǒng)控制器

系統(tǒng)控制器通常是計(jì)算機(jī)，用于對測試系統(tǒng)實(shí)施控制，主要完成對主機(jī)箱中各模塊儀器及分立儀器的自動控制,并完成測試數(shù)據(jù)的處理及測試結(jié)果的存儲、顯示和打印，是測試系統(tǒng)的控制中心。

2.3 主機(jī)箱

包含電源、示波器、萬用表、矩陣開關(guān)、ICA端口連接器、內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸總線、內(nèi)部連線等。

數(shù)字多用表：主要用于電壓、電流、電阻等12項(xiàng)測量。其直流電壓測試精度為0.00001V。示波器：主要功能是測試角速度陀螺的輸出固有頻率。獲得隨時(shí)間變化的任意電壓波形，波形的圖形還可以用來確定一些種類的信號的特定信息，如幅度、頻率、脈寬等數(shù)據(jù)。程控交流電源: 主要為角速度陀螺提供供電電源，滿足檢測工作的需要。電源可提供0～115V范圍的三相交流電壓,并且具有過壓和過流保護(hù)功能。陣列接口：同時(shí)設(shè)計(jì)有IEEE488陣列接口。陣列接口是信號輸入輸出的通道,是檢測系統(tǒng)與適配器的連接界面。

2.4 適配器

適配器是角速度陀螺儀和自動測試系統(tǒng)之間的電氣、機(jī)械連接裝置,對角速度陀螺儀實(shí)施激勵、采集信號、實(shí)現(xiàn)信號匹配。適配器內(nèi)部包括適合角速度陀螺儀的內(nèi)部電路（例如電阻網(wǎng)絡(luò)、特殊電源）、ITA端口連接器和UUT插頭，完成信號交聯(lián);輸入、輸出信號阻抗匹配變換;信號衰減、電平轉(zhuǎn)換等。適配器輸入、輸出端采用標(biāo)準(zhǔn)的接口插件和同軸電纜線,以保證適配器的通用性和擴(kuò)展性。另外適配器內(nèi)部具有良好的隔離措施,以滿足電磁兼容性的要求。其中ITA端口和ICA端口完全配套，通過推和的方法可以將兩者結(jié)合，可以方便的同主機(jī)箱相連接。

2.5 速率轉(zhuǎn)臺

角速度陀螺儀進(jìn)行性能測試時(shí)，必須能夠真實(shí)的模擬飛機(jī)在空中飛行時(shí)飛機(jī)繞縱、橫、航三軸的角速度，從機(jī)械、電氣兩方面檢測角速度陀螺儀的性能參數(shù)。速率轉(zhuǎn)臺就是根據(jù)測試性能指標(biāo)的需求真實(shí)模擬飛機(jī)在空中繞縱、橫、航三軸的轉(zhuǎn)動情況。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

測試系統(tǒng)的軟件是以C語言為核心，在程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上采用模塊化設(shè)計(jì)。具有硬件控制功能強(qiáng)、表達(dá)和運(yùn)行效率高的優(yōu)勢，同時(shí)也便于測試系統(tǒng)隨著角速度陀螺檢儀測指標(biāo)的更新來進(jìn)行升級和擴(kuò)展。測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分別設(shè)計(jì)有系統(tǒng)自檢模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、性能測試模塊、故障記錄、故障診斷模塊和擴(kuò)展模塊。

3.1 自檢模塊

自檢模塊可以對測試系統(tǒng)自身的驅(qū)動函數(shù)，基本功能及工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，在系統(tǒng)每次加電時(shí)自動進(jìn)行，無需單獨(dú)設(shè)置，進(jìn)而保證系統(tǒng)可靠的運(yùn)行。主要檢測系統(tǒng)的主控制器、電源模塊、示波器、萬用表及輸入輸出的接口模塊。檢測完成后，會出現(xiàn)人機(jī)交互界面，給出檢測結(jié)果。

3.2 性能測試模塊

性能測試模塊主要對角速度陀螺儀的整體電氣性能進(jìn)行測試的基礎(chǔ)上, 分別還能對角速度陀螺儀的輸出特性、自檢測功能、信號源及陀螺電機(jī)的電路板進(jìn)行測試。通過人機(jī)交互界面的菜單選項(xiàng)，既可以進(jìn)行整體測試，也可選擇其中的某一項(xiàng)功能進(jìn)行單獨(dú)測試。

3.3 故障記錄模塊

對于測試結(jié)果主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存、顯示、查詢和打印四個(gè)部分。測試數(shù)據(jù)根據(jù)以測試時(shí)間為參考量自動存儲到系統(tǒng)控制器指定的目錄下，作為歷史記錄保存，以方便檢測人員隨時(shí)調(diào)取和查看。測試結(jié)果在顯示時(shí)會根據(jù)測試人員的要求顯示全部測試指標(biāo)或部分或某一項(xiàng)測試指標(biāo)，同時(shí)系統(tǒng)會根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，對于在誤差允許范圍內(nèi)滿足性能要求的檢測項(xiàng)目給出綠色標(biāo)識，對于超差不符合技術(shù)指標(biāo)的檢測項(xiàng)目給出紅色標(biāo)識，方便測試人員對于檢測結(jié)果的識別。最后可根據(jù)測試人員的要求來進(jìn)行測試結(jié)果的打印。

3.4 故障診斷模塊

故障診斷模塊是基于性能檢測的結(jié)果，應(yīng)用專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。知識庫是專家系統(tǒng)的主要組成部分, 由于故障現(xiàn)象和故障原因之間的關(guān)系比較復(fù)雜，每種故障現(xiàn)象可能伴隨著一個(gè)或多個(gè)故障原因, 反之一個(gè)故障原因也可能引發(fā)生多個(gè)故障現(xiàn)象。盡最大可能將所有可能出現(xiàn)的現(xiàn)象和故障原因之間的對應(yīng)規(guī)則全部存放在知識庫中,以利于出現(xiàn)的故障現(xiàn)象時(shí)在知識庫中進(jìn)行識別或選取, 同時(shí)給出相應(yīng)的產(chǎn)生故障的原因及處理方法，幫助維護(hù)人員快速的進(jìn)行故障定位及排除。同時(shí)實(shí)時(shí)更新知識庫中的數(shù)據(jù)，來供專家系統(tǒng)更好的應(yīng)用。

4 結(jié)語

角速度陀螺儀自動測試系統(tǒng)在充分分析系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，基于通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件資源，配以自行研制的接口電路，搭建了自動測試系統(tǒng)的硬件平臺，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，依據(jù)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的設(shè)計(jì)思想開發(fā)了與硬件平臺相對應(yīng)的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對繁雜的檢測數(shù)據(jù)分析和專家系統(tǒng)的故障診斷功能，同時(shí)還保證了系統(tǒng)具有通用性和一定可擴(kuò)展性。在測試過程中，采用人機(jī)交互界面來替代原有檢測設(shè)備的按鈕、開關(guān)等機(jī)械操作部件，簡單直觀易于操作。有效地解決傳統(tǒng)分立式檢測設(shè)備檢測速度慢、自動化程度低、檢測精度不高的問題。提高了角速度陀螺儀的日常檢測速度同時(shí)，強(qiáng)化了故障診斷與定位能力，對于保持、恢復(fù)乃至提高角速度陀螺儀的戰(zhàn)備完好率，保障軍事任務(wù)的有效實(shí)施具有重要意義。

[1]姚申茂，陳布亮. 艦船電子設(shè)備綜合測試與故障診斷技術(shù)發(fā)展研究 [J].儀表技術(shù)，2015.11：40-43.

[2]王雄. 角速度陀螺儀隨機(jī)誤差建模研究[J].信息技術(shù)，2014，3：62-65.

[3]李永田，陳祥余.角速度測量部件綜合自動檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J] .航空計(jì)算技術(shù)，2003.12(33):109-111.

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