1、陀螺仪与加速度计的测试目的与意义及常用的设备功能简介自动化学院2120121045 杨超峰目录v陀螺仪和加速度计的测试的目的v陀螺仪和加速度计的测试的意义v常用的测试设备及功能简介v测试设备与国外差距v惯性测试设备的发展趋势陀螺仪与加速度计的测试目的v陀螺仪与加速度计等惯性仪表的精度决定了惯导系统的精度。而提高惯性器件精度的主要途径有：改进仪表的结构工艺和加工工艺，探索新型惯性仪表;对仪表或系统进行测试和建模，通过误差补偿来提高仪表的实际使用精度和导航精度。v因此测试的目的之一就是建立惯性仪表和惯导系统的数学模型或误差模型并确定其参数,再通过误差补偿技术来提高精度。陀螺仪与加速度计的测试目的v
2、惯性器件研制完成后都要经过严格的测试，以确定其性 能指标。无论是惯性仪表进入仪器和系统的总装备之前鉴定 其性能是否合格，还是新研制的某型号产品是否达到了预期 技术指标，都必须进行测试v对陀螺仪和加速度计的测试目的主要有以下三类：v1）鉴定它们是否合格，避免故障仪表进入总装配；v2）掌握它们的误差规律，从而建立误差模型；v3）发现它们内在设计缺陷，为改进提供依据；v测试的主要目的是建立惯性仪表和惯导系统的数学模型或误差模型并确定其参数陀螺仪的测试目的v基本目的：要确定陀螺仪在系统中使用的时间内连续、正常工作的性能，同时还要研究陀螺仪对使用环境和工作条件变化的反应，也就是陀螺仪的可靠性，还有陀螺仪
3、的精度。v主要目的：是建立陀螺仪和惯导系统的数学模型或误差模型并确定其参数v一般陀螺仪的性能参数都是指经过调整补偿之后的实际试验数据。而通常提到的陀螺仪的漂移率，都是指没有规律 或无法补偿的随机漂移率。v机械转子陀螺仪的测试方法主要有双轴翻滚试验、离心机试验、线性振动试验和角振动试验，力反馈双轴翻滚实验常用于确定在1g重力环境中陀螺仪静态误差模型的系数。在特殊情况下，用精密线振动台和带反转机构的离心机完成陀螺仪参数的测试。离心机实验可以分离出与比力和比力平方敏感的漂移系数，而线振动台可以对比力平方敏感的漂移系数进行标定。加速度计的测试目的v主要是通过测试加速度计的静态特性、动态特性等来是建立加
4、速度计和惯导系统的数学模型或误差模型并确定其参数v加速度计的测试通常包括启动准备时间、阈值、分辨率、测量范围、交叉耦合系数、偏值、标度因数、非线性系数、带宽、磁敏感系数、重复性以及稳定性等等项目。重力场1g0试验主要测试加速度计在输入地球重力时的静态特性，完成加速度计标度因数和偏值的标定测试；线振动试验主要测试加速度计动态响应特性及与加速度平方成比例的系数。离心机试验可用于准确测定加速度计的非线性参数。陀螺仪与加速度计测试的意义v首先就是可以剔除不合格产品，避免故障仪表进入总装备。v其次是现代惯性系统对陀螺仪和加速度计的精度提出了更高的要求，同时也对可靠性、可操作性、可维护性、体积、重量、成本
5、的要求越来越高。v提高硬件的性能是有限的，并且需要花费大量的成本；若通过测试建立惯性仪表和惯导系统的数学模型或误差模型并确定其参数，再用软件的方法，在一定范围内对惯性器件的误差进行建模和补偿，即可有效提高惯导系统的精度，也减少了硬件成本。常用的惯性测试设备v惯性器件的测试需要专门的测试设备，为了精确测试惯性仪表的精度，其测试设备的自身精度必须比被测件更高，一般来说，测试设备的精度要高一个数量级，或者说测试设备的误差应该是 被测仪表误差的10%。并且要求测试设备具有高的分辨率、重复性和稳定性。v惯性测试设备是用来产生精密的角度、角速度、比力以及其他的诸如温度、湿度、气压等环境基准和条件的设备。这
6、些设备为各种各样的加速度计、陀螺仪及由它们组成的惯性测量单元提供精密的输入量，然后根据它们的输出将惯性仪表的误差模型系数辨识出来，以在系统应用中加以补偿或衡量惯性仪表的精度水平。精度测试设备分类v根据测试对象的静、动态特性和测试基准的差异，惯性器件及系统的精度测试设备可分为：v重力场测试设备：包括位置、速率及伺服功能的装置和转台。v高过载测试设备：离心机和低频线振动台v动态测试设备：线振动台和角振动台多面体与端齿盘v这些设备利用重力场作为标准激励，主要用于对惯性器件及系统进行静态特性测试。v1）.多面体多面体：是一类最简单、最方便使用的能够提供精密空间坐标位置的测试装置，多面体的角精度可达1”
7、。v功能：对惯性器件及系统进行确定角度的多位置测试。v2）.端齿盘端齿盘：是利用齿数、齿形、直径均相同的一对端面齿盘，在不同位置齿合而进行圆周分度的器具。v功能：主用于角度精密测量，也可作为惯性器件及系统多位置测试的位置给定装置。常用的是360齿盘和391齿盘。位置转台v位置转台位置转台：是惯性器件及系统进行静态误差测试的最基本的测试设备，通常有单轴、双轴、三轴位置转台，一般还常配有温度、湿度控制箱。v为陀螺提供相对于地球的各种精确位置v典型参数如下：v回转精度：0.51v轴间及轴与台面不垂直度：11.5v分辨率：0.180.36v重复性：0.10.2v位置精度（峰-峰值）：11.5中航工业北
8、京航空精密机械研究所中航工业北京航空精密机械研究所生产的W891E型单轴卧式转台型单轴卧式转台 速率转台v速率转台又称是加速度转台，它主要用于测定陀螺仪的特性，速率转台均具有位置转台的特性，按转轴数目也可分为单轴、双轴、三轴。主要是为陀螺仪等提供测试所需的精确转动速度。v典型参数：v转速范围：0.0001/s5000/sv转速精度：当角度间隔360时，1*10-5/sv 当角度间隔10时，2*10-4/sv 当角度间隔1时，2*10-3/sv速率平稳性：当角度间隔360时，1*10-5/sv 当角度间隔10时，2*10-4/sv 当角度间隔1时，2*10-3/s单轴、双轴转台带温控箱的单轴速率
9、位置转台带温控箱的双轴速率位置转台国产转台WFT-3 型多功能测试三轴转台型多功能测试三轴转台 WST-2 型带高低温箱的位置速率转台型带高低温箱的位置速率转台 伺服转台v伺服转台主要用于测试陀螺仪的长期漂移特性，其工作状态可以模拟陀螺仪在惯性系统平台系统中的工作情况，此外，还具有精密位置和精密速率功能。也可分为单轴、双轴和三轴伺服转台。v伺服转台在伺服工作状态的指标如下：v伺服刚度：一般为1N.m/()5N.m/();v伺服带宽：一般为312Hz；v跟踪精度：一般优于1v一次连续工作时间：不少于24h。伺服转台角振动台v角振动台也称为摇摆台，主要是为了测试当外界输入有角加速度时，陀螺仪输出的
10、动态误差特性。根据转轴的个数不同，分为单轴、双轴和三轴角振动台，以模拟一维、二维、及三维角运动状态。v三轴角振动台的典型性能参数如下：v最大速率：60/sv最大加速度：1500/s2（内框），500/s2（中框），400/s2（外框）；v频率范围：0.520Hz（内框），0.515Hz（中框），0.510Hz（外框）；v失真度：5%。TDC 系列单轴角振动转台系列单轴角振动转台 精密线振动台v精密线振动台用于测试惯性器件及系统的线振动误差。目前只有单轴振动台，可以产生精确地正弦波形线振动。v典型性能参数如下：v振动加速度范围：050g；v振动频率范围：51000Hz；v振动加速度精度：10-3
11、；v波形失真度：10-2；v侧向干扰加速度：10-5 g线振动台线振动台 精密离心机离心机中航工业北京航空精密机械研究所中航工业北京航空精密机械研究所 LXJ 系列离心机系列离心机 运动模拟台v运动模拟台广泛应用于各种载体和设备的运动仿真，（如多自由度摇摆台、三轴飞行仿真试验转台），惯性器件及系统可以利用运动模拟器进行功能测试和某些精度项目的测试。六自由度摇摆台六自由度摇摆台三轴飞行仿真试验转台三轴飞行仿真试验转台测试技术与国外差距v陀螺仪测试技术：v1）缺少高精度的测试设备v2）制造工艺水平有待进一步提高v3）需要进一步建立和完善测试规范v4）应该进一步深入开展惯性仪表误差来源以及测试方法和
12、测试技术的研究。v加速度计测试技术：v1）重力场实验的主要差距是试验设备以及试验室实验条件建设方面落后于美国等发达国家v2）过载试验、振动试验等方面，我国无论从试验设备还是测试方法上与国外都有明显的差距测试设备与国外差距v1）转台单项性能一般可以做到较高，但整体和综合性能等则差距较大v2）转台性能长时间稳定性还明显不足，设备稳定性总体而言很不理想v3)转台整体性能可靠性较差，与国外差距较大v4）转台性能检测和评定方法，主要是动态测角性能和速率性能的检测和评定方法有待进一步提高惯性测试设备的发展趋势v1）负载向大型化、综合化发展v2）台体向多轴化发展v3）定位向更高精度发展v4）速度范围向低速段和高速段扩展v5）动态响应向大加速度宽频带发展v6）配套单元向标准化、组合化、系列化发展v7）伺服系统由模拟控制向数字控制发展vThank you
