角速度陀螺儀自動測試系統設計

（海軍航空工程學院青島校區，山東 青島 266041）

角速度陀螺儀自動測試系統設計

崔亞君，高峰娟，高艷麗

（海軍航空工程學院青島校區，山東 青島 266041）

依據角速度陀螺儀的性能檢測需求，基于通用化、標準化的硬件資源，搭建了自動測試系統的硬件平臺，同時依據模塊化、規范化的設計思想開發了與硬件平臺相對應的軟件系統，實現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中必不可少的組成設備之一，它為飛行控制計算機提供飛機繞縱、橫、航三軸轉動的角速度信號，此信號是參與飛行控制系統控制律計算的一個主要參數，此參數測量的準確與否將直接影響飛機飛行的品質，甚至影響到飛機的戰斗力，威脅到飛行安全。因此角速度陀螺儀的好壞至關重要。但是對于角速度陀螺儀的有效檢測除在飛機上的依賴于飛行控制系統的原位自動檢測外，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。所以設計研制角速度陀螺儀自動測試系統就十分必要。

1 測試系統的功能

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，該系統應具有以下功能。

1.1 性能檢測

不僅能夠對角速度陀螺儀的整體電氣性能進行檢測，而且還能對各個組件的電路板進行單獨檢測。

1.2 故障記錄

對檢測的結果能夠進行存儲、顯示和打印, 用于對故障的分析和總結。

1.3 故障診斷

對檢測的結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，并將故障可能發生的原因一并列出，同時進行文字提示或語音提示，方便檢測人員對故障作進一步的分析和排除。

1.4 自檢防錯

檢測系統自身應該具有完善的自診斷功能和防差錯能力。減少人為因素及其它相關因素對檢測結果的影響。

2 硬件組成

2.1 測試系統的硬件結構

圖1是測試系統硬件結構圖，主要由五部分構成：系統控制器、測試系統主機箱、適配器、被測單元（角速度陀螺儀）和速率轉臺。

圖1 角速度陀螺儀自動測試系統圖

2.2 系統控制器

系統控制器通常是計算機，用于對測試系統實施控制，主要完成對主機箱中各模塊儀器及分立儀器的自動控制,并完成測試數據的處理及測試結果的存儲、顯示和打印，是測試系統的控制中心。

2.3 主機箱

包含電源、示波器、萬用表、矩陣開關、ICA端口連接器、內部數據傳輸總線、內部連線等。

數字多用表：主要用于電壓、電流、電阻等12項測量。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、脈寬等數據。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功能。陣列接口：同時設計有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之間的電氣、機械連接裝置,對角速度陀螺儀實施激勵、采集信號、實現信號匹配。適配器內部包括適合角速度陀螺儀的內部電路（例如電阻網絡、特殊電源）、ITA端口連接器和UUT插頭，完成信號交聯;輸入、輸出信號阻抗匹配變換;信號衰減、電平轉換等。適配器輸入、輸出端采用標準的接口插件和同軸電纜線,以保證適配器的通用性和擴展性。另外適配器內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合，可以方便的同主機箱相連接。

2.5 速率轉臺

角速度陀螺儀進行性能測試時，必須能夠真實的模擬飛機在空中飛行時飛機繞縱、橫、航三軸的角速度，從機械、電氣兩方面檢測角速度陀螺儀的性能參數。速率轉臺就是根據測試性能指標的需求真實模擬飛機在空中繞縱、橫、航三軸的轉動情況。

3 軟件實現

測試系統的軟件是以C語言為核心，在程序結構的設計上采用模塊化設計。具有硬件控制功能強、表達和運行效率高的優勢，同時也便于測試系統隨著角速度陀螺檢儀測指標的更新來進行升級和擴展。測試系統結構上分別設計有系統自檢模塊、數據采集與處理模塊、性能測試模塊、故障記錄、故障診斷模塊和擴展模塊。

3.1 自檢模塊

自檢模塊可以對測試系統自身的驅動函數，基本功能及工作狀態進行檢測，在系統每次加電時自動進行，無需單獨設置，進而保證系統可靠的運行。主要檢測系統的主控制器、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，會出現人機交互界面，給出檢測結果。

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行測試的基礎上, 分別還能對角速度陀螺儀的輸出特性、自檢測功能、信號源及陀螺電機的電路板進行測試。通過人機交互界面的菜單選項，既可以進行整體測試，也可選擇其中的某一項功能進行單獨測試。

3.3 故障記錄模塊

對于測試結果主要進行數據的保存、顯示、查詢和打印四個部分。測試數據根據以測試時間為參考量自動存儲到系統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調取和查看。測試結果在顯示時會根據測試人員的要求顯示全部測試指標或部分或某一項測試指標，同時系統會根據標準數據庫，對于在誤差允許范圍內滿足性能要求的檢測項目給出綠色標識，對于超差不符合技術指標的檢測項目給出紅色標識，方便測試人員對于檢測結果的識別。最后可根據測試人員的要求來進行測試結果的打印。

3.4 故障診斷模塊

故障診斷模塊是基于性能檢測的結果，應用專家系統來實現的。知識庫是專家系統的主要組成部分, 由于故障現象和故障原因之間的關系比較復雜，每種故障現象可能伴隨著一個或多個故障原因, 反之一個故障原因也可能引發生多個故障現象。盡最大可能將所有可能出現的現象和故障原因之間的對應規則全部存放在知識庫中,以利于出現的故障現象時在知識庫中進行識別或選取, 同時給出相應的產生故障的原因及處理方法，幫助維護人員快速的進行故障定位及排除。同時實時更新知識庫中的數據，來供專家系統更好的應用。

4 結語

角速度陀螺儀自動測試系統在充分分析系統需求的基礎上，基于通用化、標準化的硬件資源，配以自行研制的接口電路，搭建了自動測試系統的硬件平臺，同時利用計算機的強大功能，依據模塊化、標準化、規范化的設計思想開發了與硬件平臺相對應的軟件系統，實現對繁雜的檢測數據分析和專家系統的故障診斷功能，同時還保證了系統具有通用性和一定可擴展性。在測試過程中，采用人機交互界面來替代原有檢測設備的按鈕、開關等機械操作部件，簡單直觀易于操作。有效地解決傳統分立式檢測設備檢測速度慢、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，強化了故障診斷與定位能力，對于保持、恢復乃至提高角速度陀螺儀的戰備完好率，保障軍事任務的有效實施具有重要意義。

[1]姚申茂，陳布亮. 艦船電子設備綜合測試與故障診斷技術發展研究 [J].儀表技術，2015.11：40-43.

[2]王雄. 角速度陀螺儀隨機誤差建模研究[J].信息技術，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設計[J] .航空計算技術，2003.12(33):109-111.

V241.5

：A

：1671-0711（2017）04（上）-0126-02