一种陀螺仪标度因数和输入轴失准角的解耦测试设备制造技术

本发明专利技术提出一种陀螺仪标度因数和输入轴失准角的解耦测试设备，包括六面体框架、夹条、坐板和压板；六面体框架支撑夹条，夹条约束坐板，陀螺仪跟随坐板倾斜一定角度，坐板上有８个高精度的定位销，测试设备置于单轴速率转台水平台面上，转台提供输入角速度，陀螺仪倾斜角的值由测试工具测量定位销到转台台面的距离精确求得，根据计算模型，对参数解耦；本发明专利技术使用时先调节陀螺仪倾斜角，后测量此角度值，避免了根据给定角度值调节陀螺仪倾斜角而产生的传递误差，测得的陀螺仪倾斜角的精度很高，保证了解耦结果的精度，同时本发明专利技术结构简单、成本低廉、操作方便、便于维护，可应用于各种陀螺仪、尤其是ＭＥＭＳ陀螺、光纤陀螺等低成本陀螺仪的标度因数和输入轴失准角的解耦测试。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种陀螺仪标度因数和输入轴失准角的解耦测试设备，属于导航、制导与控制
中微小型、低成本、低精度惯性测量器件的测试、标定与补偿技术。
技术介绍
在惯性导航过程中，惯性器件所引起的误差通常占整个制导误差的70％以上，这就导致对惯性器件提出了越来越高的要求。通过提高加工工艺，可以提高惯性器件的精度，但是成本巨大，惯导测试技术是在惯性导航技术基础上发展起来的一门新兴学科，人们力求准确评定其性能，精确测试出有关参数，并通过误差补偿措施来提高惯性器件的性能及精度。在陀螺中，陀螺标度因数和陀螺输入轴失准角正是提高惯性器件的精度，需要准确测试的两个非常关键的参数。所说的标度因数K是指陀螺仪输出电压量V与输入角速率ω的比值；通常把与陀螺对应安装面垂直的轴叫做输入基准轴IR，如图1所示，通常把陀螺的敏感轴叫做输入轴IA，当陀螺仪绕该轴旋转时，将引起最大输出电压量，所说的输入轴失准角δ就是输入轴IA与输入基准轴IR之间的夹角。通常陀螺仪的轴规定为OZ轴与输入基准轴IR重合，OX与OY在陀螺仪安装平面内相互垂直，一般取OX与输出轴平行，且三个轴的正方向满足OX×OY＝IA的规定，由陀螺仪运动原理可知，陀螺仪标度因数和输入轴失准角是耦合在一起的。目前的国家军用标准和IEEE陀螺的测试规范中，利用近似方法cosδ≈1、sinδ≈δ(1)将陀螺仪标度因数和输入轴失准角解耦，并分别设计测试方法，因此这些测试规范只适用于传统的高精度陀螺仪。近几年，微小型、低成本、低精度的陀螺仪成为人们关注的热点，他们的失准角δ很大，式(1)表示的近似会带来很大误差，以上标准已经不适合了，考虑到标度因数和输入轴失准角的互相耦合关系，建立如下测试模型方程K·cos(δ+θi)＝(Vij-V0i)/ωj(2)式(2)中，K为陀螺输出轴的标度因数，δ为陀螺输入轴失准角，θi为陀螺倾斜角，Vij为陀螺倾斜角为θi、转台角速度为ωj时，陀螺输出轴的输出电压值，V0i为陀螺输出轴的常值漂移，ωj为陀螺输入轴的转速。现有的实验方法是把陀螺仪固定在三轴转台上，根据给定角度值调节陀螺仪倾斜角，实验中常利用内框架来实现陀螺仪分别在四种安装状态下，以一系列角度θi倾斜，感受转台给予的不同角速度ωj激励；数据处理中，根据不含近似误差的参数计算模型式(2)采用最小二乘法拟合出耦合系数值，最后解耦并消除夹具误差。这种方法虽然可以减少参数误差对导航精度的影响，但必须采用三轴转台进行测试，因此设备复杂，对实验操作要求比较高，而且实验中先确定需要转过的角度值，并输入三轴转台，然后，根据给定角度值调节陀螺仪倾斜角，控制转台内框架转动到所需角度时停止并锁定，这样会产生许多传递误差，包括转台的控制系统误差、测量系统误差、反馈系统误差、机械加工误差、传动误差等等，它们都会影响陀螺仪倾斜角的误差，并间接影响参数的解耦精度；此外，设备使用和维护费用很高，难以满足大批量试验的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有方法的不足，提供一种结构简单、操作方便、便于维护、成本低廉、能高精度确定陀螺仪倾斜角的测试设备，它无需三轴转台，与单轴速率转台配合，即可完成标度因数和输入轴失准角的解耦测试。本专利技术的技术解决方案是一种陀螺仪标度因数和输入轴失准角的解耦测试设备，其特征在于包括六面体框架、底面夹条、底面垫条、后面夹条、后面垫条、坐板，底面夹条、后面夹条分别位于六面体框架内的底部和后面，底面夹条和后面夹条分别位于六面体框架外的底部和后面，底面夹条和底面垫条通过螺栓将六面体框架的底部连接固定，后面夹条和后面夹条将六面体框架的后面连接固定，坐板斜置于后面夹条和底面夹条之间，两个夹条在空间给坐板提供约束力，并将其夹紧以倾斜角固定；待测陀螺仪固定在坐板上，陀螺仪与坐板一起在空间保持一个固定的倾斜角，调节坐板的倾斜角可以调节陀螺仪的倾斜角度。本专利技术的原理是当松动两个夹条的螺栓后，两个夹条都可以沿着六面体框架的通槽滑动，并紧固在通槽的任意位置，从而使陀螺仪在空间保持某一个角度；将陀螺仪的安装面紧贴在坐板上，则可以实现实验的要求陀螺仪以一系列角度倾斜，感受转台给予的不同角速度激励。本专利技术与现有技术相比的优点在于(1)本专利技术的六面体框架底面和后面的三条通槽与螺栓配合，可以无级调节夹条沿着通槽固定在任意位置，从而使陀螺仪在空间可以保持任意大小的倾斜角，使得数据处理时，代入式(2)可以得到任意多的方程，提高最小二乘拟合的参数计算精度；(2)本专利技术的夹条曲面端与坐板的曲面端均为圆弧面，配合时属于圆面接触，比线接触更稳固、更严密，又不会出现构件间的相互干涉，利于约束和固定坐板；(3)确定θi的值时，先调整并设置夹具各个部分，使陀螺仪在空间倾斜，然后再测量此倾斜角的值，避免了各种传递误差的影响；(4)本专利技术结构简单、成本低廉，操作方便、便于维护。附图说明图1为本专利技术测试中陀螺仪各轴以及输入轴失准角的规定示意图；图2为本专利技术坐板上同时安装CRS03和ADXRS300两种陀螺仪时的整体结构装配图的右前俯视图； 图3为CRS03陀螺仪的结构示意图；图4为ADXRS300陀螺仪的结构示意图；图5为本专利技术坐板上安装CRS03陀螺仪的示意图；图6为本专利技术坐板上安装ADXRS300陀螺仪的示意图；图7为本专利技术的整体剖视图；图8为本专利技术的整体结构装配右后仰视图；图9为本专利技术的坐板与两套夹条配合的装配图；图10为本专利技术的整体结构左视图；图11为本专利技术中以CRS03和ADXRS300为例的陀螺仪固定在坐板上的示意图；图12为本专利技术的坐板结构示意图；图13为本专利技术夹条和垫条配合结构的右视图；图14为本专利技术的测量台阶块示意图。图中1、六面体框架，2、后面夹条v，3、底面夹条，4、坐板，5、压板，6、大垫块，7、小垫块，8、CRS03陀螺仪，9、ADXRS300陀螺仪及其外围处理电路，10、测量台阶块，21、后面垫条，31、底面垫条，41～48顺时针自坐板左边下端起的八个定位销。具体实施例方式如图2所示，本专利技术由六面体框架1、后面夹条2、底面夹条3、坐板4、压板5、大垫块6，小垫块7组成，六面体框架1放置在转台水平台面上，六面体框架1提供给后面夹条2和底面夹条3一个支撑，两套夹条在空间给坐板4提供约束力，将坐板4夹紧并以一定倾斜角固定。如图11所示，无论陀螺仪耐压处的厚度是大还是小，只要挑选一个与其厚度相当的垫块，就可以用压板5将陀螺仪压紧，固定在坐板4上，使陀螺仪在空间保持一个固定的倾斜角，精确测量出此角，再利用单轴速率转台为本设备提供高精度输入角速度，根据计算模型，就可以实现对陀螺仪参数标度因数和输入轴失准角的解耦。如图7，图8所示，松动两个夹条的螺栓后，两个夹条都可以沿着六面体框架的通槽滑动，并紧固在通槽的任意位置，从而使陀螺仪在空间保持某一个角度；将陀螺仪的安装面紧贴在坐板上，则可以实现实验的要求陀螺仪以一系列角度倾斜，感受转台给予的不同角速度激励，例如图3为一种常用的MEMS陀螺仪-CRS03的结构示意图，图4为另一种常用的MEMS陀螺仪-ADXRS300的结构示意图，坐板4上安装CRS03陀螺仪8的示意图如图5所示，坐板4上安装ADXRS300陀螺仪9的示意图如图6所示，而图7则是坐板4上同时安装CRS03陀螺仪8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陀螺仪标度因数和输入轴失准角的解耦测试设备，其特征在于：包括六面体框架（１）、底面夹条（３）、底面垫条（３１）、后面夹条（２）、后面垫条（２１）、坐板（４），底面夹条（３）、后面夹条（２）分别位于六面体框架（１）内的底部和后面，底面夹条（３）和后面夹条（２）分别位于六面体框架（１）外的底部和后面，底面夹条（３）和底面垫条（３１）通过螺栓将六面体框架（１）的底部连接固定，后面夹条（３）和后面夹条（２）将六面体框架（１）的后面连接固定，坐板（４）斜置于后面夹条（２）和底面夹条（３）之间，两个夹条在空间给坐板（４）提供约束力，并将其夹紧以倾斜角固定；待测陀螺仪固定在坐板（４）上，陀螺仪与坐板（４）一起在空间保持一个固定的倾斜角，调节坐板（４）的倾斜角可以调节陀螺仪的倾斜角度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：房建成，张海鹏，刘百奇，张延顺，徐帆，杨胜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]