角速度陀螺仪自动测试系统设计

（海军航空工程学院青岛校区，山东 青岛 266041）

角速度陀螺仪自动测试系统设计

崔亚君，高峰娟，高艳丽

（海军航空工程学院青岛校区，山东 青岛 266041）

依据角速度陀螺仪的性能检测需求，基于通用化、标准化的硬件资源，搭建了自动测试系统的硬件平台，同时依据模块化、规范化的设计思想开发了与硬件平台相对应的软件系统，实现了对角速度陀螺仪的自动检测。

角速度陀螺仪；性能检测；自动测试

角速度陀螺仪是飞行控制系统中必不可少的组成设备之一，它为飞行控制计算机提供飞机绕纵、横、航三轴转动的角速度信号，此信号是参与飞行控制系统控制律计算的一个主要参数，此参数测量的准确与否将直接影响飞机飞行的品质，甚至影响到飞机的战斗力，威胁到飞行安全。因此角速度陀螺仪的好坏至关重要。但是对于角速度陀螺仪的有效检测除在飞机上的依赖于飞行控制系统的原位自动检测外，对于单件主要采用的是分立式通用仪器( 例如：万用表、频率计等)，由人工操作观察控制，检测速度慢、自动化程度低、检测精度难以保证。所以设计研制角速度陀螺仪自动测试系统就十分必要。

1 测试系统的功能

为了提高测试速度，保证测量精度及减少人为干扰因素的要求出发，该系统应具有以下功能。

1.1 性能检测

不仅能够对角速度陀螺仪的整体电气性能进行检测，而且还能对各个组件的电路板进行单独检测。

1.2 故障记录

对检测的结果能够进行存储、显示和打印, 用于对故障的分析和总结。

1.3 故障诊断

对检测的结果能够做出基本的评判，具备初级故障诊断和故障定位能力。可以将故障定位到电路板级，部分故障定位到元件级，并将故障可能发生的原因一并列出，同时进行文字提示或语音提示，方便检测人员对故障作进一步的分析和排除。

1.4 自检防错

检测系统自身应该具有完善的自诊断功能和防差错能力。减少人为因素及其它相关因素对检测结果的影响。

2 硬件组成

2.1 测试系统的硬件结构

图1是测试系统硬件结构图，主要由五部分构成：系统控制器、测试系统主机箱、适配器、被测单元（角速度陀螺仪）和速率转台。

图1 角速度陀螺仪自动测试系统图

2.2 系统控制器

系统控制器通常是计算机，用于对测试系统实施控制，主要完成对主机箱中各模块仪器及分立仪器的自动控制,并完成测试数据的处理及测试结果的存储、显示和打印，是测试系统的控制中心。

2.3 主机箱

包含电源、示波器、万用表、矩阵开关、ICA端口连接器、内部数据传输总线、内部连线等。

数字多用表：主要用于电压、电流、电阻等12项测量。其直流电压测试精度为0.00001V。示波器：主要功能是测试角速度陀螺的输出固有频率。获得随时间变化的任意电压波形，波形的图形还可以用来确定一些种类的信号的特定信息，如幅度、频率、脉宽等数据。程控交流电源: 主要为角速度陀螺提供供电电源，满足检测工作的需要。电源可提供0～115V范围的三相交流电压,并且具有过压和过流保护功能。阵列接口：同时设计有IEEE488阵列接口。阵列接口是信号输入输出的通道,是检测系统与适配器的连接界面。

2.4 适配器

适配器是角速度陀螺仪和自动测试系统之间的电气、机械连接装置,对角速度陀螺仪实施激励、采集信号、实现信号匹配。适配器内部包括适合角速度陀螺仪的内部电路（例如电阻网络、特殊电源）、ITA端口连接器和UUT插头，完成信号交联;输入、输出信号阻抗匹配变换;信号衰减、电平转换等。适配器输入、输出端采用标准的接口插件和同轴电缆线,以保证适配器的通用性和扩展性。另外适配器内部具有良好的隔离措施,以满足电磁兼容性的要求。其中ITA端口和ICA端口完全配套，通过推和的方法可以将两者结合，可以方便的同主机箱相连接。

2.5 速率转台

角速度陀螺仪进行性能测试时，必须能够真实的模拟飞机在空中飞行时飞机绕纵、横、航三轴的角速度，从机械、电气两方面检测角速度陀螺仪的性能参数。速率转台就是根据测试性能指标的需求真实模拟飞机在空中绕纵、横、航三轴的转动情况。

3 软件实现

测试系统的软件是以C语言为核心，在程序结构的设计上采用模块化设计。具有硬件控制功能强、表达和运行效率高的优势，同时也便于测试系统随着角速度陀螺检仪测指标的更新来进行升级和扩展。测试系统结构上分别设计有系统自检模块、数据采集与处理模块、性能测试模块、故障记录、故障诊断模块和扩展模块。

3.1 自检模块

自检模块可以对测试系统自身的驱动函数，基本功能及工作状态进行检测，在系统每次加电时自动进行，无需单独设置，进而保证系统可靠的运行。主要检测系统的主控制器、电源模块、示波器、万用表及输入输出的接口模块。检测完成后，会出现人机交互界面，给出检测结果。

3.2 性能测试模块

性能测试模块主要对角速度陀螺仪的整体电气性能进行测试的基础上, 分别还能对角速度陀螺仪的输出特性、自检测功能、信号源及陀螺电机的电路板进行测试。通过人机交互界面的菜单选项，既可以进行整体测试，也可选择其中的某一项功能进行单独测试。

3.3 故障记录模块

对于测试结果主要进行数据的保存、显示、查询和打印四个部分。测试数据根据以测试时间为参考量自动存储到系统控制器指定的目录下，作为历史记录保存，以方便检测人员随时调取和查看。测试结果在显示时会根据测试人员的要求显示全部测试指标或部分或某一项测试指标，同时系统会根据标准数据库，对于在误差允许范围内满足性能要求的检测项目给出绿色标识，对于超差不符合技术指标的检测项目给出红色标识，方便测试人员对于检测结果的识别。最后可根据测试人员的要求来进行测试结果的打印。

3.4 故障诊断模块

故障诊断模块是基于性能检测的结果，应用专家系统来实现的。知识库是专家系统的主要组成部分, 由于故障现象和故障原因之间的关系比较复杂，每种故障现象可能伴随着一个或多个故障原因, 反之一个故障原因也可能引发生多个故障现象。尽最大可能将所有可能出现的现象和故障原因之间的对应规则全部存放在知识库中,以利于出现的故障现象时在知识库中进行识别或选取, 同时给出相应的产生故障的原因及处理方法，帮助维护人员快速的进行故障定位及排除。同时实时更新知识库中的数据，来供专家系统更好的应用。

4 结语

角速度陀螺仪自动测试系统在充分分析系统需求的基础上，基于通用化、标准化的硬件资源，配以自行研制的接口电路，搭建了自动测试系统的硬件平台，同时利用计算机的强大功能，依据模块化、标准化、规范化的设计思想开发了与硬件平台相对应的软件系统，实现对繁杂的检测数据分析和专家系统的故障诊断功能，同时还保证了系统具有通用性和一定可扩展性。在测试过程中，采用人机交互界面来替代原有检测设备的按钮、开关等机械操作部件，简单直观易于操作。有效地解决传统分立式检测设备检测速度慢、自动化程度低、检测精度不高的问题。提高了角速度陀螺仪的日常检测速度同时，强化了故障诊断与定位能力，对于保持、恢复乃至提高角速度陀螺仪的战备完好率，保障军事任务的有效实施具有重要意义。

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