慣性儀器通用測(cè)試技術(shù)應(yīng)用研究
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慣性儀器是陀螺儀、加速度表等慣性儀表和陀螺穩(wěn)定平臺(tái)以及捷聯(lián)慣性測(cè)量組合等慣性測(cè)量裝置的總稱，是導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭等航天飛行器制導(dǎo)與控制系統(tǒng)中的核心部件。其作用是為飛行器建立方位和姿態(tài)基準(zhǔn)，同時(shí)測(cè)量飛行器相對(duì)慣性空間運(yùn)動(dòng)的角度、角速度、速度和加速度。慣性儀器的性能和精度直接影響飛行器飛行彈道，通過(guò)測(cè)試，可以判定慣性儀器是否符合技術(shù)條件所要求的性能和質(zhì)量指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)其故障與誤差來(lái)源及其規(guī)律，為改進(jìn)總裝技術(shù)和進(jìn)行系統(tǒng)補(bǔ)償提供依據(jù)。因此，對(duì)慣性儀器的性能測(cè)試無(wú)論部隊(duì)還是總裝廠都十分重視。在以往的測(cè)試中，由于慣性儀器的種類較多，各自的用途和工作原理也不盡相同，因此一直沒(méi)有制訂統(tǒng)一的測(cè)試規(guī)范。這里從慣性儀器在飛行器上的應(yīng)用方式分類 ，以捷聯(lián)方式和陀螺穩(wěn)定平臺(tái)方式為主要研究對(duì)象，針對(duì)慣性平臺(tái)、速率陀螺、橫法向儀、捷聯(lián)慣測(cè)組合等單元儀器的共性與特性進(jìn)行研究，對(duì)這四種被測(cè)對(duì)象的測(cè)試需求和測(cè)試方法進(jìn)行總結(jié)和歸納，找到一種滿足大多數(shù)慣性儀器測(cè)試需求的測(cè)試方法，設(shè)計(jì)一套通用化的慣性儀器測(cè)試系統(tǒng)。
2、設(shè)計(jì)思想
慣性儀器本身就是高精度、高靈敏度的測(cè)量裝置，選擇和采用的測(cè)試方法必須和慣性儀器的工作原理緊密相聯(lián)，因此，我們對(duì)常用的、典型的慣性儀器測(cè)試設(shè)備進(jìn)行了深入分析、歸納，總結(jié)出典型的測(cè)試方法和手段。同時(shí)，由于慣性儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，品種和接口數(shù)量繁多，對(duì)測(cè)試信號(hào)的數(shù)量、復(fù)雜性以及精度要求等因素變化較大，這就要求測(cè)試系統(tǒng)的硬件和軟結(jié)構(gòu)均具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，達(dá)到“以不變應(yīng)萬(wàn)變” 的設(shè)計(jì)要求。
通常情況下，測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具有三大基本功能，即：信號(hào)的測(cè)量與控制、數(shù)據(jù)的分析與處理，測(cè)試結(jié)果的計(jì)算與輸出。其中：信號(hào)的測(cè)量與控制是測(cè)試系統(tǒng)硬件要解決的主要問(wèn)題，為解決接口繁多、標(biāo)準(zhǔn)不一的問(wèn)題，考慮到測(cè)試的靈活性和適應(yīng)性，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，我們采用了“ VXI總線標(biāo)準(zhǔn)儀器模塊+通用信號(hào)轉(zhuǎn)接+適配器”的分層轉(zhuǎn)接模式；對(duì)系統(tǒng)硬件的調(diào)度指揮、數(shù)據(jù)的分析與處理以及測(cè)試結(jié)果的計(jì)算與輸出則是系統(tǒng)軟件解決的主要問(wèn)題。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，我們?cè)谔摂M儀器軟件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用通用化的框架式軟件設(shè)計(jì)，構(gòu)建通用的可剪裁的軟件公共平臺(tái)，軟件開(kāi)發(fā)人員可根據(jù)通用ATE/ATS系統(tǒng)對(duì)軟件功能的要求，在軟件框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能增減及參數(shù)的選配，實(shí)行動(dòng)態(tài)配置，達(dá)到測(cè)試軟件通用化的目的。
VXI總線是一種開(kāi)放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，總線接口不僅結(jié)構(gòu)緊湊、標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、模塊可重復(fù)使用，而且建立在虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)（VISA）基礎(chǔ)上的通用軟件框架解決了系統(tǒng)中所使用的各種VXI總線儀器與測(cè)試應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的通用化問(wèn)題，因此，VXI總線儀器所具有的系列化、組合化特點(diǎn)、為組建通用測(cè)試系統(tǒng)提供了良好的技術(shù)支撐。
信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)接是組建通用測(cè)試系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié)，也是通用測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中相對(duì)較為復(fù)雜的部分。信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)接的主要作用是連接被測(cè)對(duì)象與VXI測(cè)試儀器，測(cè)試過(guò)程中的所有被測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)均在這里進(jìn)行集中。被測(cè)信號(hào)的指標(biāo)超出VXI模塊輸入指標(biāo)的，需經(jīng)過(guò)調(diào)理變換，如阻抗變換、放大、衰減，隔離等措施；被測(cè)信號(hào)的指標(biāo)在VXI模塊測(cè)量范圍的，在這里經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)接，送入各個(gè)VXI測(cè)試采集通道的信號(hào)輸入端；指令或控制信號(hào)由計(jì)算機(jī)通過(guò)這里分配、調(diào)理、轉(zhuǎn)接發(fā)往被測(cè)對(duì)象。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了插卡式的通用信號(hào)轉(zhuǎn)接箱，為不同被測(cè)提供了靈活多變的信號(hào)轉(zhuǎn)接模式。被測(cè)信號(hào)由調(diào)理模塊的前面板輸入，通過(guò)調(diào)理板的調(diào)理變換電路后，經(jīng)通用信號(hào)轉(zhuǎn)接箱的背板及機(jī)箱后面板轉(zhuǎn)接，通過(guò)外部電纜送給VXI測(cè)控組合中的測(cè)試儀器，完成測(cè)量。測(cè)試信號(hào)也可以采用由機(jī)箱后面板輸入、前面板輸出的“逆向”轉(zhuǎn)接調(diào)理模式，以縮短轉(zhuǎn)接電纜的長(zhǎng)度。 這里的調(diào)理板對(duì)用戶而言可以選用標(biāo)準(zhǔn)配置的，也可以根據(jù)需要由用戶自行設(shè)計(jì)調(diào)理電路。
適配器作為通用信號(hào)轉(zhuǎn)接箱在處理大功率信號(hào)能力的補(bǔ)充，主要用于布放2A 以上的大功率器件的供電與控制電路，在被測(cè)對(duì)象供電功率和被測(cè)信號(hào)小于2A的測(cè)試系統(tǒng)中，適配器機(jī)箱可以省去，被測(cè)信號(hào)直接分配至通用信號(hào)轉(zhuǎn)接箱的輸入端。
3、通用測(cè)試硬件研究
3.1 測(cè)試需求分析
針對(duì)慣性儀器的測(cè)試特點(diǎn)，其測(cè)試內(nèi)容主要包括擴(kuò)功能測(cè)試、調(diào)整測(cè)試、工藝測(cè)試、精度測(cè)試四個(gè)部分。其中，調(diào)整測(cè)試和工藝測(cè)試是生產(chǎn)過(guò)程和總裝測(cè)試的主要內(nèi)容；功能測(cè)試和精度測(cè)試是儀器出廠和部隊(duì)測(cè)試的主要內(nèi)容，也是通用測(cè)試的研究重點(diǎn)，其測(cè)試項(xiàng)目主要包括以下內(nèi)容：
1）電源電壓測(cè)試、電流測(cè)試、頻率測(cè)試；
2）陀螺及回路參數(shù)檢查；
3）回路前放測(cè)試；
4）力矩馬達(dá)電流測(cè)試；
5）陀螺慣性時(shí)間測(cè)試；
6）加速度表啟動(dòng)電流測(cè)試；
7）加速度表工作電流測(cè)試；
8）加速度表回路前放測(cè)試；
9）程序功能檢查；
10）程序機(jī)構(gòu)精度檢查；
11）平臺(tái)姿態(tài)角比例系數(shù)和姿態(tài)安全角的測(cè)試；
12）動(dòng)態(tài)漂移精度測(cè)試；
13）調(diào)平精度測(cè)試；
14）直流電阻檢查；
15）馬達(dá)交流電壓和電流、傳感器激磁電源交流電壓和電流的測(cè)試；
16）正、負(fù)指令信號(hào)輸出檢查；
17）零位輸出電壓測(cè)試；
18）靈敏度檢查；
19）輸出特性檢查；
20）極限輸出檢查。
21）捷聯(lián)慣性測(cè)量組合位置標(biāo)定；
22）捷聯(lián)慣性組合速率標(biāo)定；
23）溫控系統(tǒng)和溫度狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
評(píng)論