（测试计量技术及仪器专业论文）光纤陀螺自动测试系统的研究.pdf

浙江大学硕士论文 摘要 光纤陀螺的性能测试是光纤陀螺设计中非常重要的一个环节，因此需要设计 一套完备的、快速的、标准的能够检测光纤陀螺各项性能参数的自动测试系统， 以满足实际测试的需要。论文着重叙述了光纤陀螺自动测试系统的软件设计。 在光纤陀螺性能测试中，很多测试项目具有很大的相似性，为了提高系统的 可靠性和可扩展性，光纤陀螺自动测试系统在软件设计上采用测试平台与具体测 试项目分离的模式，测试平台负责采集和显示数据，测试项目负责控制辅助的测 试设备并作一些简单的计算。具体测试项目通过动态链接库的方式与测试平台相 接。 测试平台的数据采集模块，采用多线程技术实现多通讯端口的数据采集，减 小了数据采集对系统资源的占用，提高数据采集的速度，采用通用数据帧格式的 方法，实现同一接收模块接收不同格式的数据流，解决了通讯格式的适应性问题， 扩大了测试系统的应用范围；测试平台的数据显示模块，采用浮动窗口模式显示 实时采集的数据和实时数据统计特性；测试平台的数据绘图模块，采用属性页的 方式可动态切换一路或多路数据的实时绘图；测试平台的数据存储模块，采用双 缓冲交换的存储方式，可实现海量数据的采集和存储。 光纤陀螺自动测试系统在实际的应用中，性能稳定，结果准确，达到了设计 的要求，很好的满足了光纤陀螺测试性能测试的需求。 关键词：光纤陀螺性能参数自动测试测试平台测试项目 浙江大学硕士论文 a b s t r a c t t h ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no ff i b e r - o p t i cg y r oi sav e r yi m p o r t a n ta s p e c to f f i b e r - o p t i cg y r od e s i g n ac o m p r e h e n s i v e ，r a p i da n ds t a n d a r da u t o m a t i ct e s ts y s t e mi s n e c e s s a r yt od e t e c tp a r a m e t e r so ff i b e r - o p t i cg y r ot om e e t t h ea c t u a lt e s tr e q u i r e m e n t s t h ep a p e rf o c u s e so nt h es o f t w a r ed e s i g no ff i b e r - o p t i cg y r oa u t o m a t i ct e s ts y s t e m i nt h ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no ff i b e r - o p t i cg y r o ，m a n yp r o j e c t sa l ev e r ys i m i l a r i no r d e rt oi m p r o v et h er e l i a b i l i t ya n ds c a l a b i l i t yo ft e s ts y s t e m ，t h es o f t w a r ed e s i g no f f i b e r - o p t i cg y r oa u t o m a t i ct e s ts y s t e mu s e sas e p a r a t i o nm o d e lw i t ht e s t i n gp l a t f o r m a n ds p e c i f i ct e s tp r o j e c t s t e s t i n gp l a t f o r mi sr e s p o n s i b l ef o rc o l l e c t i n ga n dd i s p l a y i n g d a t a , t e s tp r o j e c t sa r er e s p o n s i b l ef o rc o n t r o l l i n gt h ea s s i s t e dt e s te q u i p m e n ta n dm a k e s o m es i m p l ec a l c u l a t i o n s s p e c i f i ct e s tp r o j e c t sc o n n e c tw i t l lt e s t i n gp l a t f o r mt h r o u g h t h ed y n a m i cl i n kl i b r a r y i nd a t ac o l l e c t i o nm o d u l eo ft e s t i n gp l a t f o r m ，m u l t i t h r e a dt e c h n o l o g yi su s e dt o c o l l e c tm u l t ic o m m u n i c a t i o np o r t s ，i tc a nr e d u c es y s t e mr e s o u r c eo c c u p a n c ya n d s p e e du pd a t ac o l l e c t i o n g e n e r a ld a t af r a m ef o r m a tm e t h o di su s e dt or e c e i v et h ed a t a f l o wi nt h ed i f f e r e n tf o r m a t b yt h i sm e t h o d ，t h ep r o b l e mo fc o m m u n i c a t i o nf o r m a t a d a p t a t i o nc a nb es o l v e da n dt h ea p p l i c a t i o nr a n g ec a l lb ee x p a n d e d i nd a t ad i s p l a y m o d u l eo ft e s t i n gp l a t f o r m ，f l o a t i n gw i n d o wi su s e dt od i s p l a yr e a l t i m ec o l l e c t i o n d a t aa n ds t a t i s t i c so fr e a l t i m ec o l l e c t i o nd a t a i nd a t ap l o r i n gm o d u l eo ft e s t i n g p l a t f o r m ，t h ea t t r i b u t ep a g ei su s e d t os w i t c hs i n g l ec h a n n e ld a t a p l o t t i n g o r m u l t i c h a n n e ld a t ap l o t t i n gt os h o w i nd a t as t o r a g em o d u l eo ft e s t i n gp l a t f o r m ，w i t h t h ed e s i g ni d e ao fd u a l b u f f e re x c h a n g ef o rs t o r a g e ，f i b e r - o p t i cg y r oa u t o m a t i ct e s t s y s t e mc a nr e a l i z et h em a s s i v ed a t ac o l l e c t i o na n ds t o r a g e i na c t u a la p p l i c a t i o n s ，f i b e r - o p t i cg y r oa u t o m a t i ct e s t s y s t e mi ss t a b l ea n d a c c u r a t e i ta c h i e v e st ot h ed e s i g nr e q u i r e m e n t sa n dm e e t st h er e q u i r e m e n t so f p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n k e y w o r d s ：f i b e r - o p t i cg y r o ，p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s ，a u t o m a t i ct e s t ，t e s t i n g p l a t f o r m ，t e s tp r o j e c t s 浙江大学硕士论文 统，机车导航，天线与望远镜平台稳定，深海导航，矿物勘采甚至是地震探测技 术领域。 1 2 光纤陀螺性能评估技术 光纤陀螺的测试工作包括静态、动态、环境等特性的测试。一系列测试 方法不但可以准确的标定陀螺的各种性能参数【5 】，而且还可以为提高陀螺性 能提出有效的方案，更重要的一点在于准确地了解陀螺性能之后，还可以有 效地评定整个惯性系统工作的性能和精度。 1 2 1 静态测试 静态测试包括：静态漂移测试、零位偏置测试、死区测试。 静态漂移测试测量陀螺在稳定工作环境中的长期漂移，评价静态漂移的重要 指标为零漂稳定性。零偏稳定性( 零漂) ：即当角速率为零时，陀螺输出量围绕 其均值的离散程度，以规定时间内输出量的标准方差相应的( 标准方差除以标度 因子) 等效输入角速率表示，是衡量光纤陀螺性能的一个重要指标。 零位偏置测试是测量陀螺在零角速率输入时的输出值，零偏是评价零位位置 偏移的指标。零偏：是陀螺静止时输出量的平均值相应的等效输入角速率，理想 状态下为地球自转角速度的分量，现实中还有热噪声、残余“非互易性 引起的 噪声。 死区测试( 小角速度输入测试) ：测试光纤陀螺在低角速率输入之下的输入 输出特性。死区测试测试方法为，将陀螺通过安装夹具固定在速率转台上。转台 轴平行与地垂线，陀螺敏感轴( i r a ) 垂直于转台轴。使用转台的角位置工作方 式，转动转台改变输入的小角速度值。输入角速度为：2 屹肭c o s o , a r s m y 。 1 2 2 动态测试 动态测试包括标度因数测试与动态范围测试。 标度因数测试评价指标 6 1 有标度因数、标度因数非线性度、标度因数不对称 性以及标度因数重复性。标度因数：陀螺输出量与输入角速率的比值。它是用某 2 浙江大学硕士论文 一特定直线的斜率表示，该直线是根据整个输入角速率范围内测得的输入输出数 据，用最小二乘法拟合求得。同零偏一样，标度因数的精度直接影响陀螺的精度。 标度因数非线性度：是指在输入角速率范围内，陀螺输出量相对于最小二乘法拟 合直线的最大偏差值与最大输出量之比。标度因数非线性度是一个衡量标度因子 精度的指标。标度因数不对称性：在输入角速率范围内，陀螺以正、反方向输入 角速率的标度因数之差值与其均值之比。标度因数重复性：在相同条件下及规定 时间内，重复测试陀螺标度因数之间的一致性。 动态范围测试：动态范围测试即测试陀螺的最大输入角速率与最小角速率。 最大角速率即为陀螺正、反方向输入角速率的最大值。在此输入角速率范围内， 陀螺标度因数非线性度满足规定的要求。最小输入角速率是指陀螺能敏感的最小 输入角速率。该输入角速率至少等于按标度因数所期望输出值的5 0 。 1 2 3 环境测试 环境敏感测试包括温度测试、振动测试、电源敏感度测试及其它环境测试。 温度测试：测量陀螺对温度、温度变化率和时变温度梯度的敏感度。包括零 偏温度灵敏度、零偏温度速率灵敏度、标度因数温度灵敏度等指标。零偏温度灵 敏度：相对于室温零偏，由温度引起的陀螺零偏相对变化量与温度变化量之比， 一般用最大值表示。零偏温度速率灵敏度：由温度变化速率引起的陀螺零偏变化 量与温度变化速率之比。标度因数温度灵敏度：相对于室温标度因数，由温度引 起的陀螺仪标度因数相对变化量与温度变化量之比，一般用最大值表示。 1 振动测试【7 】：测试陀螺输出对振动的敏感度。光纤陀螺的全固态结构、无旋 转活动部件的特点决定了它应具有抗冲击、抗振动能力强、可靠性高的优点，但 在实际应用中，冲击、振动引起的光纤环的应力变化、器件尾纤振动以及结构的 共振都将引起陀螺误差，造成振动状态下的动态误差增加。振动测试一般包括扫 频测试和随机振动测试。 电源敏感度测试，测试陀螺输出对电源电压、开关频率等参数的敏感度。其 他环境测试包括陀螺输出对辐射、冲击、电磁等等环境因数的敏感度。 浙江大学硕士论文 第三章光纤陀螺自动测试软件系统的测试平台设计 光纤陀螺自动测试软件系统采用测试平台与测试项目分离的模式，测试平台 采用e r e 实现，测试项目采用d l l 实现，每个测试项目( 也称插件) 都是一个 独立的d l l ，测试项目可以动态载入测试平台进行测试项目的测试。这样，就 实现了测试平台与测试项目的分离，提高了系统的通用性和适应性，给系统维护 和升级带来了很大的便利性。 本章将详细论述软件系统的测试平台设计，围绕测试平台的功能来展开设 计，具体分为四个模块的设计：数据采集模块的设计，数据实时文本显示模块的 设计，数据实时绘图模块的设计，数据存储模块的设计，最后论述了测试平台与 测试项目的接口模块，该模块是实现测试平台与测试项目通信的关键。 3 1 测试平台的总体设计 3 1 1 测试平台的功能框架设计 测试平台负责数据的采集显示，主要包括四个模块：数据采集模块，数据实 时文本显示模块，数据实时绘图模块和数据存储模块。 数据采集模块包括多通讯端口数据采集、序列号访问u s b 采集装置、通讯端 口数据接收三个模块。多通讯端口数据采集允许用户来配置端口，程序为每个通 讯端口建立一个相应的采集线程。 数据实时文本显示模块主要包括采集数据的实时显示和数据特性的实时刷 新两个模块。 数据实时绘图模块在设计过程主要要解决动态显示中的图形闪烁问题和实 现一路或多路数据的显示。 数据保存模块是建立在双缓冲交换存储机制的设计思想上的，为实现这种交 换，为每一个通讯端口建立一个辅助线程。 1 7 浙江大学硕士论文 3 4 2 多路显示的实现 多路数据显示模式中，用户可以选择其中的任意几路进行显示，这样可以减 少显示的数据量，降低图形显示对系统资源的占有量，但是这样对管理数据显示 带来了一些困难，程序必须记录哪几路需要显示和显示数据在数组中的位置。 为了保证各路数据的正确显示，数据绘图模块( c d r a w c u r v e ) 使用了一个 p a r a b l o c k 结构体，将各路数据在数组中位置和显示图形的位置进行定位。 t y p e d e f s t r u c tp a r a b l o c k ； s t a t i c m o d u l e 中的函数指针指向的函数原型定义如下： v o i do n p l u s i n i n i t ( c s t r i n gs t r p l u g i n p a t h ，c s t r i n gs t r p r o j e c t l o c a t i o n ) ； v o i do n p l u g i n m e s s a g e ( w p a r a mw p a r a m ) ； v o i do n p l u g i n s t a r t o ； v o i do n p l u g i n s t o p 0 ； b o o lo n l s p l u g i n s t o p o ； v o i do n r e l e a s e r e s o u r c e 0 ； d l l 导出函数g e t f o g t e s t m o d u l e 0 返回接口结构体变量s t a t i c m o d u l e 的地 址，从而建立了测试平台与测试项目的通信通道。 静态测试报表的设计：测试报表是为了减少测试人员的后期处理的工作，进 一步增加测试的自动化和智能化而设计的。测试报表提供w o r d 操作接口，根据 特定的测试项目形成特定的w o i m 测试报表。w o r d 测试报表包括两个部分： 测试信息和测试结果。测试信息是指与测试相关的一些基本信息，包括测试人员， 测试地点，测试环境，测试设备等；测试结果提供本次测试的结果，包括测试数 据绘图，测试数据在各个数据段的方差，均值，在静态测试项目中就是计算零偏 和零偏稳定性。静态测试d l l 在测试平台测试完毕后调用自动生成报表模块。 为了在d l l 中实现w o r d 测试报表，设计中使用了自动化( 也称为o l e 自动 化) ，自动化是一种将已有程序的功能嵌入自己的应用程序中的技术，自动化基 于c o m ( c o m p o n e n to b j e c t m o d e l ) 实现的，通过c o m l 约i d i s p a t c h 接口，c + + 程序和 m i c r o s o f tv i s u a lb a s i cf o ra p p l i c a t i o n s ( v b a ) 程序或用其他语言编写的程序就可 3 7 浙江大学硕士论文 进行通讯，而m i c r o s o f tw o r d 就是标准的v b a 程序，它支持自动化，也就是说， 它们可以被连接到与自动化兼容的组件中，这些组件可以是用c + + 编写的，也可 以用v b a 编写，所以可以编写d l l 程序，在其中使用w o r d 的文本处理能力。 其他的测试项目都是在静态测试的基础上设计的，因此本文在叙述其他测试 项目设计中都不再提到这两部分的设计。 4 3 标度因数测试 4 3 1 标度因数测试说明 标度因数( 也称为比例因子) 即陀螺输出量与输入角速率的比值。它是用某 一特定直线的斜率表示，该直线是根据整个输入角速率范围内测得的输入输出数 据，用最d x - 乘法拟合求得，同零偏一样，标度因数的精度直接影响陀螺的精度。 标度因数是研究光纤陀螺动态特性的重要指标之一。标度因数测试评价指标有标 度因数、标度因数非线性度、标度因数不对称性以及标度因数重复性。 标度因数测试主要是控制转台按特定的输入角速率序列转动，然后计算各个 输入角速率下的陀螺输出平均值。将测试结果用最d x - 乘法拟合模型f i = k oi + o ( i = l ，2 ，n ) ，建立输入输出关系后，得到的k 就是陀螺的标度因数。具体测试 流程如下： ( 1 ) 打开陀螺电源，预热一定时间； ( 2 ) 转台正转，测试陀螺输出，停转；转台反转，测试陀螺输出，停转。转 台的输入角速率按从小到大的顺序改变； ( 3 ) 设定采集间隔时间及采样次数测试陀螺输出，求得该输入角速率下陀螺 输出的平均值； ( 4 ) 测试开始和结束时，按相同方法分别测试当转台静止时陀螺输出的平均 值，并从测试输入角速率点的陀螺输出平均值中剔除，作为陀螺输出值。 用最小二乘法拟合计算标度因数： k ：薹m 孚! 竺二壶夏m 三：薹m 竺 。4 3 ， 蔷砰旷击( 荟哂) 2 浙江大学硕士论文 f。=土善乃一一g否mm m 嗡 f o ：y 乃一一) 1 嗡 智。智。 ( 4 4 ) 式( 4 - 3 ) ( 4 - 4 ) 中，k _ 标度因数；m 一输入角速率个数；乃一第j 个输入 角速率踊时陀螺输出值；f o 一拟合零位。 标度因数的非线性度的计算方法如下： 用拟合直线表示陀螺输入输出关系：房= k 哂+ f 。 ( 4 5 ) 式( 4 5 ) 中，房一第j 个输入角速率q ，所对应拟合直线上的陀螺输出值；k ， f o 一式( 4 3 ) 和( 4 - 4 ) 计算出的k 和，o 。 按下式计算陀螺输出特性的逐点非线性偏差。 街：罂( 4 - 6 ) 轳丙 式( 4 - 6 ) 中，a 莉个输入角速率哂时陀螺输出值的非线性偏差，p p m ； 兄一最大输入角速率陀螺输出的最大绝对值。 按下式计算标度因数非线性度。 忌=ii豫x(4-7) 式( 4 - 7 ) 中，为一标度因数非线性度，p p m 。 标度因数不对称度的计算方法如下： 根据式( 4 3 ) ，分别求出正转、反转输入角速率范围内陀螺标度因数及其平 均值，按下式计算标度因数不对称度。 丘：! 茎堂三茎! ：i( 4 8 ) k 式( 4 - 8 ) 中，尼一标度因数不对称度，p p m ；k ( + ) 一正转输入角速率 范围内陀螺标度因数；k ( 一) 一反转输入角速率范围内陀螺标度因数；k 一标度因 数平均值。 标度因数重复性的计算方法如下： g = 去 志姜c 屉雨2 】l ，2 件9 ， 浙江大学硕士论文 式( 4 - 9 ) 中，墨一标度因数重复性，p p m ：q 一测试次数；忍一第i 次 测试的标度因数。 4 3 2 标度因数测试d l l 设计 标度因数测试d l l 的测试流程如图4 2 所示。在初始化d l l 的时候，载入配 置文件，该配置文件提供了转台的通信端口和测试的角速率序列信息。当启动插 件测试后，需要输入测试的次数和每一个角速率上的测试时间，按照测试流程， 计算每一次测试的k 、k n 、k a ，最后计算标度因数的重复性。 浙江大学硕士论文 计算k r 1r l 保糯l 测u 试t x 过t 程中的计算i 上 ( ， 结束 、) 图4 2 标度因数测试流程 4 1 浙江大学硕士论文 4 4 标度因数温度特性测试 4 4 1 标度因数温度补偿 对于实用化的光纤陀螺，一般要求其具有较宽的工作温度范围，但是，陀螺 的性能参数对环境温度的变化又很敏感。当光纤陀螺工作环境的温度范围发生变 化时，在陀螺的输出信号中将产生热致非互易相位噪声，这种噪声是导致光纤陀 螺零位漂移和标度因数不稳定的原因，严重制约着光纤陀螺检测精度的提高。因 此，有必要采取补偿措施【2 4 ，2 5 1 。 陀螺的输入输出关系式为：只= k 劬+ 国o ( i = l ，2 ，n ) ，因为陀螺的输出敏感于 环境温度，因此又可以用下面的关系式来表示： 只( d = k ( d c o l + c o o ( t ) ( 4 1 0 ) 从式( 4 1 0 ) 可以看出，陀螺的温度补偿可以分为两部分来补偿：标度因数 温度补偿和零偏温度补偿。本节研究标度因数的温度补偿。 1 、补偿方案 由于光纤陀螺的温度效应，导致光纤陀螺的标度因数随温度变化而变化。在 不同的温度下，对某型号的光纤陀螺进行标度因数测试得到了图4 3 的数据。 f i 习 - 6 04 0- 2 00柏 温度 c 图4 - 3 某型号的光纤陀螺标度因数温度特性 从图4 3 可以看出，光纤陀螺的标度因数与温度呈线性关系，因此可用补偿 模型来补偿标度因数。选择多项式模型的一阶模型来作为补偿模型。 2 、实时补偿流程 4 2 淼= = ：淼 ” ” ” 赣瞳世蜷 浙江大学硕士论文 建立光纤陀螺标度因数温度关系模型后，就可利用软件的方法对陀螺输出实 时补偿，在信号处理通道进行补偿，补偿的具体流程如图4 - 4 所示。 建立陀螺输出与温度模型，计 算出模型中的相关系数 上 在信号处理通道中根据建 立的模型计算出陀螺输出 的理论误差值 上 将实时的陀螺输出减去理 论误差值，为最终的实时 陀螺输出 图4 - 4 标度因数补偿流程 从补偿的流程来看，基于线性模型的标度因数温度补偿，就必须实时、准确 地测量温度。而实际中一般光纤陀螺无内部温度输出，有两种方法可以解决这个 问题：方法一，在光纤陀螺内部设计温度传感电路，该电路敏感于光纤陀螺的内 部温度；方法二，光纤陀螺的调制增益与温度是线性关系，温度的变化可以反映 在光纤陀螺的调制增益的变化上，图4 5 是调制增益与温度的关系图。 3 发n 哪 娜咖 袭一 妊 相3 4 0 0 0 0 0 0 鲁 e - 翳粼 3 3 啪o - 6 0- 4 02 002 04 0 温度( 摄氏度) 图4 5 某型号的光纤陀螺的调制增益与温度的关系 4 3 浙江大学硕士论文 4 4 2 标度因数温度特性测试d l l 设计 从4 4 1 节的标度因数温度补偿方案可以看出，该方案中最关键的部分是确定 补偿模型。因此，设计了标度因数温度特性测试d l l 来帮助建立补偿模型。该 d l l 可以控制温箱按照用户设定的温度时序运行，运行完毕后，除了给出每个陀 螺在每个角速率上的平均输出等信息外，最后还给出多个统计列表，这些统计列 表主要分为两类：陀螺标度因数特性列表和数据通道数据统计特性列表。其中， 陀螺标度因数特性列表给出在每一个温度点上的陀螺的标度因数、拟合零位，标 度因数非线性度、标度因数不对称度；数据通道数据统计特性列表给出用户选择 要求统计的数据通道的一些数据统计特性信息，如某一通道数据的最大值、最小 值和平均值。标度因数温度特性测试的时序控制如图4 6 所示。 ：! 一个温度点运行周期 ； t 时间；i 发送温箱 _ 岛盐基台停监鐾台 温度控制 ：|八 命令 ：变化：稳定转苜饭饭疋削甲 。t l 时向t 2 时间 速率序列运行 图4 - 6 标度因数温度特性测试的时序控制 标度因数温度特性测试d l l 的测试流程如图4 7 所示。 浙江大学硕士论文 图4 _ 7 标度因数温度特性测试d l l 的运行流程 4 5 浙江大学硕士论文 4 5 零偏温度特性测试 4 5 1 零偏温度补偿 光纤陀螺的零偏是一个非平稳随机过程，温度对光纤陀螺零偏的影响主要表 现在以下三个方面：温度、温度梯度和温变速率【2 6 】。对零偏进行温度补偿 2 7 , 2 8 2 9 , 3 0 1 ，主要有两种补偿方案：模型补偿和查表补偿。 模型补偿的核心是收集光纤陀螺的输出和温度数据，建立补偿模型，根据补 偿模型在信号处理通道进行实时补偿。光纤陀螺零偏受到温度、温度梯度和温变 速率三个因素的影响，在建立模型的时候可以将每个因素分离出来，获取每个因 素的独立补偿模型，最后得到总的补偿模型。 温度：试验中设法消除温度梯度和温变速率的影响，得到温度的补偿模型。 温度梯度：根据温度补偿模型，消除温度变化的影响，并在试验中不引入温 变速率的影响。 温变速率：根据温度补偿模型和温度梯度补偿模型，消除温度和温度梯度的 影响，得到温变速率补偿模型。 如果无法建立补偿模型，或者补偿模型非常复杂，在工程中可操作性差，此 时可用查表的方法。查表补偿方法关键是要建立三张表：温度补偿表、温度梯度 补偿表和温变速率补偿表，为了得到这三张表，首先要做三种标定实验：温度标 定实验、温度梯度标定实验和温变速率标定实验，然后以某温度点，某温度梯度 和某温变速率的零偏为基准，建立对应的误差表。在信号处理通道中的实时陀螺 输出根据这三张误差表就可进行实时补偿。 4 5 2 零偏温度特性测试d l l 设计 零偏温度特性测试d l l 是为上面提到的两种补偿方案服务的，该d l l 可以控 制温箱按照用户设定的温度时序运行，运行完毕后，给出一张统计列表，该列表 包括用户选择的数据通道在各个温度点上的统计特性，如最大值、最小值和平均 值等。 零偏温度特性测试的时序控制如图4 8 所示，零偏温度特性测试d l l 的测试 浙江大学硕士论文 流程如图4 9 所示。 一t 砬，曼恳廷1 j 同删 i 1 t 。 1， t 2o i jlj l 1 _ ，1 r 变化时间段稳定时间段测试时间段 图4 8 零偏温度特性测试的时序控制 图4 9 零偏温度特性测试d l l 的测试流程 零偏温度特性测试需要辅助测试设备温箱，温箱有两种运行功能：定值运行 4 7 浙江大学硕士论文 和程序运行。定值运行是指温箱运行在设置的某一固定温度值上；程序运行是指 温箱按照设定的程序运行，程序运行试验需要设置程序段和周期段。对用户来说， 定值试验操作简单，但功能单一，程序试验操作较为复杂，但功能强大。在零偏 温度特性测试中，选择了程序试验，但提供给用户的界面并没有涉及到程序段和 周期段的编辑，而是直接输入温度时序，设计中将温度时序封装为程序试验中的 程序段和周期段，下载到温箱中。 浙江大学硕士论文 第五章光纤陀螺自动测试系统的应用 在本章简要介绍光纤陀螺自动测试系统在工程中的应用，首先综述光纤陀螺 自动测试系统的应用，然后介绍该系统在光纤陀螺性能测试与评价试验中的一些 主要应用，包括光纤陀螺自动测试系统在静态测试中的几种应用、在标度因数测 试中的应用、在标度因数温度特性测试中的应用、在零偏温度特性测试中的应用 等。这些应用只是光纤陀螺性能测试试验中的一部分，随着光纤陀螺的性能不断 提高，新的评价方法的不断出现，光纤陀螺自动测试系统的应用范围也将不断扩 大。 5 1 光纤陀螺自动测试系统应用总述 5 1 1 测试硬件设备 光纤陀螺自动测试系统可以测试多种测试项目，其硬件系统可能随着测试项 目的不同而不同，但组成一套最基本的光纤陀螺自动测试硬件系统需要以下几种 设备：测试电源一套、u s b 采集装置一个，r s 4 2 2 通讯接口的光纤陀螺1 个， 专用的u s b 接线一根，测试计算机一台。图5 1 是光纤陀螺测试的基本装置图。 图5 1 光纤陀螺测试基本装置图 4 9 浙江大学硕上论文 5 1 2 软件系统 论文设计的光纤陀螺自动测试软件系统( f o g t e s t ) ，可以采集光纤陀螺与 其它辅助测试设备的实时输出，并进行实时文本显示和图形显示，同时开发了多 个测试项目d l l ，帮助评价光纤陀螺的性能参数，整个系统达到了设计的目的。 f o g t e s t e x e 的基本测试流程如下： ( 1 ) 双击f o g t e s t e x e ，进入如图5 2 所示的f o g t e s t 用户登录界面，输入 密码登陆软件系统，进入如图5 3 所示的主框架界面。 图5 - 2 片j 户登录界面 皇件的帮肪僖j 图5 - 3 主框架界面 ( 2 ) 主框架界面的“文件”菜单主要用来操作工程，工程操作主要包括新建 工程和现有的工程操作。现有的工程操作是在已有测试工程的基础上，直接采用 原有工程中所保留的参数，进行相应项目的测试，而不需要重新设置工程参数。 现新建一个工程，分为两步：选择新建项目和选择通讯端口。图5 4 是新建项目 浙江大学硕士论文 界面和选择通讯端口界面。 图5 _ 4 新建项目和选择通讯端口界面 ( 3 ) 进入测试主界面图，点击“普通采集”，开始采集数据，界面的左边是 主控制台，右边是数据的实时绘图区，最下面是实时采集数据文本显示区和实时 数据统计特性显示区。其中，控制窗口和数据采集窗口都是可浮动的，用户可根 据自己的需要通过调节这些窗口来重新布局。图5 5 是自动测试软件系统测试图。 蔓件哪圈形昱矛。砚圈切担蝗j 嚣器处理哑、挣蔷嚣制嘻) 善筑母置i 帮助 同， 事o ，针 t ? t ，t ：tt t rt，一 囊j 量曼l 薹艘蠛j 望嬲鬟蒸燃i b 赣 6 03 5 6 8 2 0 + 0 0 75 8 5 2 1 6 803 5 6 8 2 e 0 0 t4 6 蝴4 6 903 5 6 8 2 e + 0 0 t3 5 3 6 l 7 0 0 3 5 6 8 2 e + 0 0 76 5 8 4 6 t l o 35 6 8 2 e + 0 0 7 4 9 5 7 8 t 2 0 3 5 6 8 2 e + 0 0 75 1 8 0 5 7 30 3 5 6 8 2 e + o o t 4 7 4 5 1 2 宋j 嗍i ! 甜愀 差熊瞧一受唑一鼎堕些! 鲤篓，嗍! ! i ! 羲! 嗡7 5 图5 - 5 测试界面图( 静态测试) ( 4 ) 测试完毕后，点击主测试平台中的“停止”，停止数据采集，选择“文 件”菜单的“保存”命令，保存需要用户手动保存的数据，最后弹出如图5 - 6 所 示的提示对话框，表明数据保存完毕。所有测试数据保存在工程的目录下。 图5 - 6 数据保存提示界面 5 2 光纤陀螺自动测试系统在三轴静态测试中的应用 5 2 1 测试设备 主要设备有：测试电源一套、r s 4 4 2 通讯接口的光纤陀螺3 个、u s b 采集 装置1 个、测试计算机1 台、光纤陀螺自动测试软件1 套。 5 2 2 测试流程 三轴静态测试同时对三个轴向的陀螺进行静态测试，测试流程如下： ( 1 ) 将陀螺放在隔振地基上，r s 4 4 2 通讯接口的3 个光纤陀螺连接到u s b 采集装置上，u s b 采集装置通过u s b 线与测试计算机相连。系统实物图如图5 7 所示。 图5 7 三轴静态测试实物图 ( 2 ) 打开总电源和陀螺电源，察看陀螺电流是否正常，若正常，运行自动测 浙江大学硕士论文 试软件f o g t e s t e x e ，选择静态测试项目，通讯选择如图5 8 所示意，u s b l 端 口的秒数据保存间隔时间选择2 小时l o 分。 图5 - 8 三轴静态测试选择端口界面 ( 3 ) 在f o g t c s t 主测试界面上点击“普通测试”，测试过程如图5 - 9 所示。 谚掣啪船喧) 观蝴簪卿熟样谢设备控斜摹撬_ i 殳置旺帮助哆 匮 ；袋， 轴+ _ 珊- 七挚矧 x 辘t 姗i 轴i s o 筠自z 5 0 图5 - 9 二轴静态测试图 5 2 2 测试结果 x 轴、y 轴、z 轴陀螺的静态测试结果如图5 1 0 和5 1 1 所示。 浙江火学倾二卜论文 8 0 0 0 0 7 0 0 0 0 6 0 0 0 0 5 0 0 0 0 4 0 0 0 0 3 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 x 02 0 0 0 04 0 0 0 06 0 0 0 08 0 0 0 010 0 0 0 0 测试时间( 秒) i 到5 1 0x 轴陀螺静态测试结果 2 1 3 0 0 04 c 啪8 0 0 0 0 l ( 1 ：f j 0 0 # ! 蝴琦例( 物 墅6 萋4 0 0 0 0 0 2 m 测试时 图5 11y 和z 轴陀螺静态测试结果 表5 1 三轴陀螺的零偏和零偏稳定性 陀螺样本数 零偏( h )零偏稳定性( 。h ) x 轴 1 ：8 7 7 4 6 】 3 3 0 0 7 40 2 1 6 1 3 y 轴 1 ：8 7 7 4 6 】 7 6 3 7 7 30 1 4 7 3 7 z 轴 1 ：8 7 7 4 6 4 1 8 4 5 80 4 3 9 0 7 5 3 光纤陀螺自动测试系统在单轴单点静态测试中的应用 单轴单点静态测试是测试光纤陀螺的单点输出，该测试不仅可以查看测试期 5 4 一 一 一 一磐 浙江大学硕l 论文 间所有的秒累加数据，还可以查看所有的单点数据，用户可以通过查看单点数据 来确定通讯过程是否正常。 单轴单点测试选择的测试项目仍然是静态测试，但在选择u s b 通讯接口的 时候需要指定单点测试时间和单点保存间隔时间，测试系统根据用户指定的单点 保存间隔时间自动保存单点数据。如选择u s b l 通讯端口，指定单点测试时间 5 0 秒，单点保存间隔时间为8 秒，则系统每8 秒保存一次单点数据，则数据保 存到一个t 】【t 单点文件中，文件的命名方式为“系统时间+ 单点文件索引，测试 5 0 秒系统自动保存了6 个单点文件，最后的2 秒的单点数据和5 0 秒的秒累加数 据需要用户手动来保存。 5 3 1 测试设备 主要设备有：测试电源一套、r s 4 4 2 通讯接口的光纤陀螺1 个、u s b 采集装 置1 个、测试计算机1 台、光纤陀螺自动测试软件1 套。 5 3 2 测试流程 ( 1 ) 将陀螺放在隔振地基上，r s 4 4 2 通讯接i ：3 的光纤陀螺连接到u s b 采集装 置上，u s b 采集装置通过u s b 线与测试计算机相连。系统硬件连接图如图5 1 2 所示。 图5 一1 2 单轴单点测试系统连接 浙江大学硕士论文 ( 2 ) 运行f o g t e s t e x e ，选择静态测试项目，选择通讯端i s l 为u s b l ，单点 测试时间为1 0 0 秒，单点保存间隔时间为2 0 秒，如图5 1 3 所示。 图5 1 3 单轴单点测试选择通讯端口界面 ( 3 ) 单点测试界面图如下所示，当系统采集了1 0 0 秒后，不再采集数据，关 闭通讯端口，此时可保存手动数据，保存文件如图5 1 4 所示。 j r 件匿雕；那砚圈韧囊】嚣胥噩霆恤) 设叠控制累瓶设置r l t 帮叻 两o ；叠岛碍，啊w 也+ y ，。蛰，警k 。k h 7i * h _ m * 9 3o35 6 7 2 e + o c 9 4o3 5 6 7 2 e + 0 c 9 503 5 6 7 2 e + 0 c 9 6 0 3 5 6 1 2 e + o (5 0 哇4 t 9 703 5 t 5 7 2 e + 0 i 9 803 5 6 7 2 e + o 9 903 5 6 7 2 e + o e5 融8 7v 累妻毫黼1 5 0 0 0调常i 增益5 1 1 们陀蠕蝙出6 3 8 7h 5 3 3 测试结果 图5 1 4 单轴单点静态测试图 图5 1 5 ( a ) 是陀螺单点测试1 0 0 秒的陀螺秒累加输出结果，图5 1 5 ( b ) 是前2 0 秒的陀螺单点输出结果，图5 1 6 是数据保存结果。因为用户选择了单点测试间 隔时间为2 0 秒，所以每路数据都有5 个单点文件。 2 0柏6 01 0 0 国d t 口】( 秒j i 硎 二 彝 ：j 舞 o ； 舛 馨 筮 2 0 。 _ 4 0 d 6 0 0 01 0 0 0 02 0 0 0 03 0 0 0 0 图5 1 5 陀螺输出结果 ( a ) o o 秒的秒累加输出；c o ) 前2 0 秒的单点输出 霆2 0 0 8 j 4 _ z 9 1 5 1 2 _ 0 0 调制增益单点一1 t x t 黧1 2 0 0 8 _ 0 4 _ 2 9 1 5 1 2 _ 0 0 1 , 螺输出单点一1 t x t ； 翁2 0 0 8 - 0 4 _ z 9 1 5 1 2 _ 0 0 系统增益单点一1 t x t 鬟2 0 0 8 _ 0 4 _ 2 9 1 5 1 2 _ 2 0 滑制增益单点_ 2t x t 慧2 0 0 8 _ 0 4 _ 2 9 一1 5 1 2 _ 2 邮螺输出单点_ 2 t x t 翳2 0 0 8 _ 0 4 _ 2 9 1 5 1 2 _ 2 0 系圭充增益单点_ 2t x t 露2 0 0 8 _ 0 4 _ 2 9 1 5 1 2 _ 4 1 d 调制增益单点- 3t x t 2 0 0 8 _ 0 4 _ 2 9 1 5 一l z4 0 口湖输出单点- 3 t x t 羹2 0 0 8 - 0 4 _ 2 9 1 5 1 2 _ 4 0 系统增益单点- 3t x t 鳓2 0 0 8 - 0 4 _ 2 9 1 5 1 3 _ 0 0 调制增益单点- 4t x t 琶2 0 0 a _ 0 4 _ 2 9 1 5 j 3 - 0 0 陀螺输出单点4t x t 固m e 8 _ 0 4 _ 2 9 1 5 1 3 _ 0 0 系统增益单点t x t 置2 0 0 8 _ 0 4 _ 2 9 _ 1 5 1 3 _ 2 0 调制增益单点_ 5 t x t 雪2 0 0 8 - 0 4 _ 2 9 1 5 1 3 - 2 0 陀螺输出单点5t x t 国2 0 0 8 _ 0 一1 5 1 3 _ 2 0 系统增益单点jt x t 固2 0 0 8 _ 0 4 _ 2 9 1 5 一1 3 _ 4 9 1 1 s b 控电统计t x t 誊2 0 0 8 _ 0 4 _ 2 9 1 5 1 3 _ 4 9 调障增益t x t ；2 0 0 8 _ 0 4 _ 2 9 1 5 - 1 3 _ 4 邵螺输出t z t 善2 0 0 8 - 0 4 一1 5 1 34 9 误码统计t x t 誓2 0 0 8 _ 0 4 _ z 9 1 5 j 3 - 4 9 系统增益t z t 5 3 7 髓 4 5 s 邸 3 8 0k b 5 4 tx b 4 6 6 k b 3 9 lk b 5 6 7 陆 4 8 5 k b 4 1 1 硒 5 8 6k b 5 0 5l 口 4 3 0k b s 8 6 0 5 0 4 x b 4 3 0k b 0 聆 2 髓 2l l 醯 l 髓 文本文挡 文本文挡 文本立档 文本文档 文本文档 文本文档 立本文档 文本文档 文本文档 文本文档 文本文挡 文本文档 文本文挡 文本文挡 文本文档 文本文档 文本文档 文本文裆 文本文档 文本文档 图5 1 6 数据保存结果 2 0 0 8 4 2 9 2 8 4 2 9 2 0 0 8 4 2 9 2 0 0 8 4 2 9 2 0 0 8 4 2 9 2 0 0 8 4 2 9 2 0 0 8 4 2 9 2 0 0 e 一4 2 9 2 0 0 8 4 2 9 2 0 0 8 4 2 9 2 0 0 8 4 - 2 9 2 0 0 8 4 2 9 2 8 4 2 9 2 0 0 8 4 2 9 2 0 0 8 4 2 9 2 0 0