CN104677381A - 一种微惯性测量单元的测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微惯性测量单元的测试系统，属于微惯性测量单元测试标定技术领域。本发明将待测的微惯性测量单元安装在三轴转台上，通过转台控制设备控制转台按照测试要求进行转动，工控机的输入端通过测试接口与三轴转台上安装的微惯性测量单元连接，工控机以LabView微软件平台，用于对微惯性测量单元的性能参数进行测试和标定，所采用的基于LabView平台直接将采集得到的数据存储在文件夹中，从LabView软件平台直接读出进行计算和处理，运算效率高，LabView软件平台可实现模块化，方便快捷，移植性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种微惯性测量单元的测试系统，属于微惯性测量单元测试标定技术领域。
背景技术
MEMS惯性测量单元具有传统惯性器件不具备的优点，MEMS IMU应用在空空导弹上需进行一系列的测试和试验，对性能指标进行相应的验证，国内尚没有统一的行业标准，美国、日本和俄罗斯等国均已在这方面展开器件和应用研究，并取得了一定成绩。基于LabView软件平台的测试技术在测试设备已经得到应用，但应用于微惯性器件测试还未见使用。国内有关单位都是把测试和数据处理分开，即先进行数据采集记录，然后将数据导出进行手工处理，或者导入Matlab进行计算，其效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种微惯性测量单元的测试系统，以解决目前微惯性测量单元的数据采集和处理过程分开所导致的处理效率低的问题。
本发明为解决上述技术问题而提供一种微惯性测量单元的测试系统，该测试系统包括用于放置微惯性测量单元的三轴转台、转台控制设备、测试接口和工控机，所述转台控制设备通过转台控制接口控制连接三轴转台，用于控制三轴转台按照测试要求进行转动，所述工控机的输入端通过测试接口与三轴转台上安装的微惯性测量单元连接，所述工控机设置有基于LabView的MEMS器件性能测试单元用于对微惯性测量单元的性能参数进行测试和标定。
所述的MEMS器件性能测试单元包括零偏稳定性测试模块、加速度标定因数测试模块、陀螺标度因数测试模块和加速度计非线性测试模块，所述零偏稳定性测试模块用于根据零偏稳定性的测试算法计算微惯性测量单元的零偏稳定性，所述加速度标定因数测试模块用于实现对微惯性测量单元中加速度计标定因数的测试，所述陀螺标度因数测试模块用于实现对微惯性测量单元中陀螺标定因数和非线性的测试，所述加速度计非线性测试模块用于实现对微惯性测量单元中加速度计非线性的测试。
所述零偏稳定性测试模块在进行零偏稳定性测试时，微惯性测量单元需在三轴转台上通电静止设定的一段时间。
所述加速度标定因数测试模块在进行测试时，需采集微惯性测量单元处于所需多个位置时的数据。
所述陀螺标度因数测试模块在进行测试时，使微惯性测量单元的被测轴竖直朝天放置，控制三轴转台以不同角速度围绕被测轴转动，对每一个角速度对应的数据段求平均值，相对于实际的角速度用最小二乘法做直线拟合，拟合直线的斜率即是所求陀螺的标度因数。
所述加速度计非线性测试模块的测试过程如下：
a.找到微惯性测量单元待测轴的微加速度计的机械零位；
b.将三轴转台转到微加速度计的零度位置；
c.使微加速度计顺时针方向旋转顺次得到设定等间隔角度位置处的测试数据；
d.将各个角度位置上的测试数据进行计算得到加速度计的非线性。
所述的MEMS器件性能测试单元还包括计算显示模块，该计算显示模块的输入端分别与零偏稳定性测试模块、加速度标定因数测试模块、陀螺标度因数测试模块和加速度计非线性测试模块连接，用于计算和显示各模块的测试参数。
所述的三轴转台为带高低温箱的三轴转台。
本发明的有益效果是：本发明将待测的微惯性测量单元安装在三轴转台上，通过转台控制设备控制转台按照测试要求进行转动，工控机的输入端通过测试接口与三轴转台上安装的微惯性测量单元连接，工控机以LabView微软件平台，用于对微惯性测量单元的性能参数进行测试和标定，所采用的基于LabView平台直接将采集得到的数据存储在文件夹中，从LabView软件平台直接读出进行计算和处理，运算效率高，LabView软件平台可实现模块化，方便快捷，移植性高。
附图说明
图1是本发明微惯性测量单元的测试系统的硬件原理图；
图2是工控机内基于LabView的MEMS器件性能测试单元的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，本发明的微惯性测量单元的测试系统包括用于放置待测微惯性测量单元的三轴转台、转台控制设备、测试接口和工控机，转台控制设备通过转台控制接口控制连接三轴转台，用于控制三轴转台按照测试要求进行转动，工控机的输入端通过测试接口与转台上安装的微惯性测量单元连接，工控机以LabView微软件平台，用于对微惯性测量单元的性能参数进行测试和标定。
其中工控机采用带有PLC745S串口卡的工控机，转台采用带高低温箱的三轴转台，微惯性测量单元MEMS IMU通过工装夹具安装在三轴转台上，±15V和5V电源通过电源线分别连接至工控机和MEMS IMU，用于为工控机和MEMS IMU提供工作电源，MEMS IMU的信号输出端通过转换电缆连接至测试接口，经测试接口进入工控机。测试时，MEMS IMU所输出的422数字数据经转换电缆、测试接口，进入带串口卡PCL745S的工控机，工控机基于LabView的MEMS器件性能测试单元根据MEMS IMU的数据协议对采集到的数据进行解算并通过一定的算法实现对MEMS IMU中微加速度计和微陀螺的零偏、零偏稳定性、标度因数、非线性、非正交性以及微陀螺的随机游走等性能参数的测试和标定。
工控机内基于LabView的MEMS器件性能测试单元如图2所示，包括零偏稳定性测试模块、加速度标定因数测试模块、陀螺标度因数测试模块和加速度计非线性测试模块，为了能实时显示测试结果，该性能测试单元还包括计算显示模块，该计算显示模块的输入端分别与零偏稳定性测试模块、加速度标定因数测试模块、陀螺标度因数测试模块和加速度计非线性测试模块连接。各测试模块通过主界面模块配置测试系统的参数，设置数据存储位置，实时显示和存储MEMS IMU输出的数据，采用菜单模式，不同的性能测试模块通过相应的菜单进行连接。
零偏稳定性测试模块用于根据零偏稳定性的测试算法计算微惯性测量单元的零偏稳定性，零偏稳定性测试时MEMS IMU在转台上通电静置半个小时，在静止过程中采集MEMS IMU的数据通过一定的算法计算即可获得其零偏稳定性。
加速度计标度因数测试模块的主要功能是实现对加速度计标度因数的测试，实时显示、采集及存储测试时MEMS IMU数据，该部分主要测试MEMS IMU处于所需12个位置时的数据，可通过下拉框来选择加速度计的朝向，测得各轴微加速度计分别朝天和朝地共6组数据，利用微加速度计6组数据，通过最小二乘法可求出微加速度计的零偏、标度因数、标度因数矩阵，另外，该部分MEMS IMU陀螺的输出数据可用于对陀螺敏感性的测试。
陀螺标度因数测试模块主要实现对MEMS IMU陀螺标定因数和非线性的测试，实现显示、采集和存储测试时的数据，该模块可通过两个下拉框实现对陀螺测试轴和测试速度的选择。测试时使被测轴竖直朝天放置，控制转台以软件面板所选的不同的角速度围绕被测轴转动，记录所有数据，把每一个角速度对应的数据段求平均值，相对于实际的角速度用最小二乘法做直线拟合，拟合直线的斜率即是微陀螺的标度因数，通过计算可得到微陀螺的标度因数非线性度。
加速度计非线性测试模块主要实现对MEMS IMU加速度计非线性的测试，实现显示、采集和存储测试时的数据。该模块可通过两个下拉框实现对加速度测试轴和偏移角度的选择。测试时，使用四点法找到待测轴的微加速度计的机械零位，将转台转到微加速度计的0°位置，然后使微加速度计顺时针方向旋转，取等角增量Δθ，在这些角度位置上进行测试，将测得的数据通过计算可得到加速度计的非线性。
数据计算模块主要实现读取上述测试模块存储的数据并按照特定的算法进行相应的处理和计算，求解并显示MEMS IMU微加速度计和微陀螺的零偏、零偏稳定性、标度因数、非线性、非正交性以及微陀螺的随机游走等性能参数。该模块可以计算和处理当前的测试数据，也可以计算和处理以前存储的测试数据。
Claims (8)
1.一种微惯性测量单元的测试系统，其特征在于，该测试系统包括用于放置微惯性测量单元的三轴转台、转台控制设备、测试接口和工控机，所述转台控制设备通过转台控制接口控制连接三轴转台，用于控制三轴转台按照测试要求进行转动，所述工控机的输入端通过测试接口与三轴转台上安装的微惯性测量单元连接，所述工控机设置有基于LabView的MEMS器件性能测试单元用于对微惯性测量单元的性能参数进行测试和标定。
2.根据权利要求1所述的微惯性测量单元的测试系统，其特征在于，所述的MEMS器件性能测试单元包括零偏稳定性测试模块、加速度标定因数测试模块、陀螺标度因数测试模块和加速度计非线性测试模块，所述零偏稳定性测试模块用于根据零偏稳定性的测试算法计算微惯性测量单元的零偏稳定性，所述加速度标定因数测试模块用于实现对微惯性测量单元中加速度计标定因数的测试，所述陀螺标度因数测试模块用于实现对微惯性测量单元中陀螺标定因数和非线性的测试，所述加速度计非线性测试模块用于实现对微惯性测量单元中加速度计非线性的测试。
3.根据权利要求2所述的微惯性测量单元的测试系统，其特征在于，所述零偏稳定性测试模块在进行零偏稳定性测试时，微惯性测量单元需在三轴转台上通电静止设定的一段时间。
4.根据权利要求2所述的微惯性测量单元的测试系统，其特征在于，所述加速度标定因数测试模块在进行测试时，需采集微惯性测量单元处于所需多个位置时的数据。
5.根据权利要求2所述的微惯性测量单元的测试系统，其特征在于，所述陀螺标度因数测试模块在进行测试时，使微惯性测量单元的被测轴竖直朝天放置，控制三轴转台以不同角速度围绕被测轴转动，对每一个角速度对应的数据段求平均值，相对于实际的角速度用最小二乘法做直线拟合，拟合直线的斜率即是所求陀螺的标度因数。
6.根据权利要求2所述的微惯性测量单元的测试系统，其特征在于，所述加速度计非线性测试模块的测试过程如下：
a.找到微惯性测量单元待测轴的微加速度计的机械零位；
b.将三轴转台转到微加速度计的零度位置；
c.使微加速度计顺时针方向旋转顺次得到设定等间隔角度位置处的测试数据；
d.将各个角度位置上的测试数据进行计算得到加速度计的非线性。
7.根据权利要求2所述的微惯性测量单元的测试系统，其特征在于，所述的MEMS器件性能测试单元还包括计算显示模块，该计算显示模块的输入端分别与零偏稳定性测试模块、加速度标定因数测试模块、陀螺标度因数测试模块和加速度计非线性测试模块连接，用于计算和显示各模块的测试参数。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的微惯性测量单元的测试系统，其特征在于，所述的三轴转台为带高低温箱的三轴转台。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |