Широкодиапазонный стенд для контроля бесплатформенных инерциальных измерительных блоков

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к испытательным стендам для проведения контроля характеристик инерционных измерителей, в состав которых входят микромеханические вибрационные гироскопы-акселерометры. Широкодиапазонный стенд содержит поворотную платформу для крепления испытуемого измерителя и подвода к нему питания через кольцевой коллектор, персональную ЭВМ, в слоты которой встроена схема сопряжения с элементами управления испытательными характеристиками платформы и датчиками контролируемых параметров испытуемых измерителей. На платформе размещены последовательно вдоль оси ее вращения охладитель воздуха, термоэлектрический модуль с микровибростолом и универсальная термокамера. Охладитель воздуха выполнен в виде установленного на платформе посредством карданного подвеса и двух стоек корпуса охладителя с размещенными в нем последовательно вдоль оси, перпендикулярной оси вращения платформы вентилятором и перфорированной камерой. Вибростол охвачен с трех сторон внутренней поверхностью термоэлектрического модуля и закреплен вместе с ним через электроизолирующую прокладку на корпусе охладителя в зоне размещения перфорированной камеры, внешняя поверхность термоэлектрического модуля на плотной посадке установлена в четырехугольном отверстии корпуса универсальной термокамеры, выполненной из теплоизолирующего материала и образующей вместе с четвертой стороной микровибростола полезный объем для размещения испытуемого измерителя и датчиков контролирующих параметров. В электроизолирующей прокладке и корпусе универсальной термокамеры выполнены отверстия для размещения электропроводов гальванической связи испытуемого измерителя, микровибростола, термоэлектрического модуля и датчиков контролируемых параметров со схемой сопряжения, встроенной в слоты персональной ЭВМ. Обеспечивается расширение функциональных возможностей стенда за счет обеспечения возможности проведения динамических и температурных испытаний микроминиатюрных приборов в широком диапазоне с одновременным обеспечением достоверности воспроизведения условий эксплуатации в процессе проведения испытаний и упрощением обработки измерительной информации о состоянии испытуемого прибора. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к испытательным стендам для проведения контроля характеристик инерциальных измерителей, в состав которых входят микромеханические вибрационные гироскопы - акселерометры.

Известен стенд для контроля прецизионных датчиков угловых скоростей, содержащий основание, имеющее возможность вращаться вокруг оси стенда и предназначенное для закрепления на нем контролируемого датчика угловой скорости, имеющего датчик угла, датчик момента, соединенные через усилитель обратной связи, электродвигатель привода стенда, редукцию, коллектор для подвода питания к контролируемому датчику угловой скорости, задатчик эталонного напряжения (см. авторское свидетельство СССР N 476516, МКИ G 01 P 13/00, 1973).

Данный стенд, имеющий в основе конструкции электромеханический поворотный стол с редукцией, не обеспечивает возможности контроля ряда параметров датчиков, например амплитудно-частотную и фазово-частотную характеристики, в условиях, имеющих место при эксплуатации (так как механические колебания основания вокруг оси чувствительности, например, подменяются колебаниями его оси прецессии, возбуждаемыми генератором).

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является известный широкодиапазонный стенд для контроля параметров измерителей угловых скоростей, содержащий платформу для крепления контролируемого измерителя и подвода к нему питания через кольцевой коллектор, персональную ЭВМ, в слоты которой встроена схема сопряжения с элементами управления испытательными характеристиками платформы и датчиками контролируемых параметров испытуемых измерителей, шесть кварцевых маятниковых акселерометров, гироскопический датчик угловой скорости, два геркона, магнит, механизм отслеживания, суммирующий двухканальный усилитель (см. патент РФ N 2142643, МКИ G 01 P 21/00, 1996).

Указанный стенд обеспечивает достаточно широкий диапазон динамических испытательных воздействий на контролируемый измеритель и оперативный контроль его характеристик.

Недостатком стенда является отсутствие возможности контроля характеристик измерителей угловых скоростей в условиях комплексного задания в широком диапазоне температурных воздействий и различных испытательных динамических нагрузок.

Такая задача возникает в связи с использованием в системах навигации и управления движением различных объектов микромеханических бесплатформенных инерциальных измерительных блоков, в состав которых входят корпусные и бескорпусные блоки сервисной микроэлектроники и микромеханические вибрационные гироскопы-акселерометры.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей стенда за счет обеспечения возможности проведения динамических и температурных (одновременно и отдельно) испытаний микроминиатюрных приборов в широком диапазоне с одновременным обеспечением достоверности воспроизведения условий эксплуатации в процессе проведения испытаний и упрощением обработки измерительной информации о состоянии испытуемого прибора.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный широкодиапазонный стенд, содержащий поворотную платформу для крепления испытуемого измерителя и подвода к нему питания через кольцевой коллектор, персональную ЭВМ, в слоты которой встроена схема сопряжения с элементами управления испытательными характеристиками платформы и датчиками контролируемых параметров испытуемых измерителей, введены установленные на платформе последовательно вдоль оси ее вращения охладитель воздуха, термоэлектрический модуль с микровибростолом и универсальная термокамера, при этом охладитель воздуха выполнен в виде установленного на платформе посредством карданового подвеса и двух стоек корпуса охладителя с размещенными в нем последовательно вдоль оси, перпендикулярной оси вращения платформы вентилятором и перфорированной камерой, микровибростол охвачен с трех сторон внутренней поверхностью термоэлектрического модуля и закреплен вместе с ним через электроизолирующую прокладку на корпусе охладителя в зоне размещения перфорированной камеры, внешняя поверхность термоэлектрического модуля на плотной посадке установлена в четырехугольном отверстии корпуса универсальной термокамеры, выполненной из теплоизолирующего материала и образующей вместе с четвертой стороной микровибростола полезный объем для размещения испытуемого измерителя и датчиков контролируемых параметров, а в электроизолирующей прокладке и корпусе универсальной термокамеры выполнены отверстия для размещения электропроводов гальванической связи испытуемого измерителя, микровибростола, термоэлектрического модуля и датчиков контролируемых параметров со схемой сопряжения, встроенной в слоты персональной ЭВМ.

Кроме того, перфорированная камера может быть заполнена сухим льдом, а в электроизолирующей прокладке могут быть выполнены дополнительные отверстия для сообщения полости перфорированной камеры с полезным объемом универсальной термокамеры.

На фиг.1 представлен общий вид стенда; На фиг.2 показан вид в сечении по оси стенда плоскостью перпендикулярной оси вентилятора; На фиг.3 показан вид в сечении плоскостью, проходящей через оси стенда и вентилятора.

Предлагаемый широкодиапазонный стенд для контроля бесплатформенных инерциальных измерительных блоков, содержит платформу 1 скоростного стола стенда, на которой закреплены стойки 2 и 3 с кардановым подвесом 4, на котором подвешен корпус 5 охладителя воздуха, в котором размещены вентилятор 6 с радиатором 7 и перфорированная камера 8. Корпус 5 охладителя воздуха через электроизолирующую прокладку 9 контактирует с термоэлектрическим модулем 10, охватывающим микровибростол 11. Термоэлектрический модуль 10 по плотной посадке внешней поверхностью контактирует с поверхностью четырехугольного отверстия универсальной термокамеры 12, выполненной из теплоизолирующего материала. В полезном объеме 13 термокамеры установлен испытуемый бесплатформенный инерциальный измерительный блок 14 на микровибростоле 11 и датчики испытательных контролируемых параметров 15, для гальванической связи которых со схемой сопряжения 16, а также для сообщения полезного объема с перфорированной камерой в микровибростоле, термоэлектрическом модуле, корпусе универсальной термокамеры и электроизолирующей прокладке выполнены отверстия 17 (показана часть отверстий).

Стенд работает следующим образом.

Охлаждаемый бесплатформенный инерциальный измеритель крепится к свободной поверхности микровибростола 11 в полезном объеме 13 термокамеры. При функционировании термоэлектрического модуля тепло от охлаждаемой поверхности передается через его основание, электроизолирующую прокладку и корпус охладителя воздуха к его радиатору. В результате охлаждаемый объект охлаждается или нагревается, что обеспечивается соединением соответствующих контактов колодки (не показаны) с минусовой клеммой источника или с плюсовой. В охладителе воздуха использован радиатор пластинчатого типа и в его межреберное пространство (между пластинами) вентилятором вдоль его оси в прямом или обратном направлении нагнетается воздух из окружающей среды. Вентилятор, выполненный на основе двигателя постоянного тока бесколлекторного типа, крепится винтами непосредственно к радиатору. Установочные, крепежные и контактирующие детали микровибростола, термоэлектрического модуля, охладителя воздуха и радиатора могут быть выполнены из силумина.

Реальный перепад температур охлаждаемой поверхности испытуемого измерителя относительно температуры окружающего воздуха составляет порядка 30^oC (относительно верхней поверхности радиатора - около 40^oC, что соответствует паспортным данным для термоэлектрического модуля). Указанный перепад температур не обеспечивает предъявляемых к термокамере требований (от минус 15^oC до плюс 50^oC) по уровню холодной границы.

Для расширения холодной границы температурного диапазона, обеспечиваемого термокамерой при проведении испытаний, предусмотрен дополнительный охладитель нагнетаемого в радиатор воздуха, устанавливаемый вдоль оси вентилятора. Дополнительный охладитель представляет собой перфорированную емкость, заполняемую сухим льдом.

Термокамера 12 может быть выполнена из собираемых деталей, например, собственно корпуса термокамеры и крышки, изготовленных из пенопласта. В крышке может быть выполнено отверстие для введения стержневого электронного датчика температуры и вывода электропроводов от охлаждаемого испытуемого измерителя.

Для обеспечения гальванической связи с испытуемым измерителем при его расположении внутри термокамеры на ее крышке укреплена контактная колодка со штырями (вместо штемпельного разъема). Электропровода от этих штырей проходят в полости теплоизолирующей прокладки крышки и соединяются со штырями, концы которых выходят в полость термокамеры. Вторые концы этих проводов подключаются к переходному контактному разъему микросборки испытуемого измерителя. Этот разъем укреплен на охлаждаемой поверхности микровибростола или термоэлектрического модуля. Для гальванической связи с термоэлектрическим модулем, микровибростолом и вентилятором по электропитанию на боковой поверхности радиатора закреплена контактная колодка (не показана), однозначные контакты которой соединены между собой и с источниками питания 122В.

Схема сопряжения выполнена на базе стандартного расширителя шины ISA-16 ЛА-УДЛ11, включающего в себя плату для сбора данных от испытуемого измерителя ЛА2-МЗ и плату для передачи данных управляющих испытательных воздействий на испытуемый измеритель ЛА-2ЦАП15. Конструктивно схема сопряжения выполнена в виде отдельного корпуса, в котором размещены независимый источник питания, системная шина и плата приемника данных, связанного соединительным кабелем с отдельным передатчиком данных, плата которого позволяет устанавливать различные режимы работы схемы сопряжения. Указанная плата выполнена в стандарте ISA - bus, имеет четыре 60-контактных разъема и устанавливается в шину персональной ЭВМ (компьютера). Аналого-цифровой канал платы имеет гальваническую развязку (до 400 В) от компьютера по цифровому интерфейсу связи IBM PC с цифроаналоговым преобразователем. Такое выполнение схемы сопряжения обеспечивает пониженное отношение сигнал/шум, менее зашумленную помехами компьютера "землю" и защиту компьютера от попадания повышенного потенциала в компьютер извне. Указанная гальваническая развязка необходима при использовании цифроаналогового преобразователя в качестве задатчика калибровочных воздействий при испытаниях бесплатформенных инерциальных измерительных блоков с контролем выходного сигнала с них платой цифроаналогового преобразователя, находящейся в этом же компьютере. Наличие гальванической развязки предотвращает выполнение условия баланса фаз, появление замкнутого контура и, соответственно, самовозбуждение сквозного канала калибровки.

Практическое использование предлагаемого изобретения позволило создать широкодиапазонный стенд, который обеспечивает следующие характеристики: - вращение испытуемого измерителя в горизонтальной плоскости в обе стороны с 43 фиксированными угловыми скоростями от 1,25 угловых минут в секунду до 360 градусов в секунду, а также с любыми скоростями в пределах от ~0,012 до ~450 градусов в секунду; - продольные крены 180^o (1^o); - задание линейного ускорения в диапазоне от 0,01g до 1g с точностью 0,1%; - задание температуры в диапазоне от -4^oC до +50^oC и от -15^oC до +50^oC (при использовании сухого льда); - вибрации в диапазоне частот до 4 кГц.

Таким образом предлагаемым изобретением обеспечивается технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей стенда за счет обеспечения возможности проведения динамических и температурных испытаний микроминиатюрных приборов в широком температурном диапазоне с одновременным обеспечением достоверности воспроизведения условий эксплуатации в процессе проведения испытаний и упрощением обработки измерительной информации о состоянии испытуемого прибора, что особенно важно в случае использования в системах навигации и управления движением различных объектов бесплатформенных инерциальных измерительных блоков, в состав которых входят корпусные и бескорпусные блоки сервисной микроэлектроники и микромеханические вибрационные гироскопы-акселерометры.

Формула изобретения

1. Широкодиапазонный стенд для контроля бесплатформенных инерциальных измерительных блоков, содержащий поворотную платформу для крепления испытуемого измерителя и подвода к нему питания через кольцевой коллектор, персональную ЭВМ, в слоты которой встроена схема сопряжения с элементами управления испытательными характеристиками платформы и датчиками контролируемых параметров испытуемых измерителей, отличающийся тем, что в него введены размещенные на платформе последовательно вдоль оси ее вращения охладитель воздуха, термоэлектрический модуль с микровибростолом и универсальная термокамера, при этом охладитель воздуха выполнен в виде установленного на платформе посредством карданового подвеса и двух стоек корпуса охладителя с размещенными в нем последовательно вдоль оси, перпендикулярной оси вращения платформы, вентилятором и перфорированной камерой, микровибростол охвачен с трех сторон внутренней поверхностью термоэлектрического модуля и закреплен вместе с ним через электроизолирующую прокладку на корпусе охладителя в зоне размещения перфорированной камеры, внешняя поверхность термоэлектрического модуля на плотной посадке установлена в четырехугольном отверстии корпуса универсальной термокамеры, выполненной из теплоизолирующего материала и образующей вместе с четвертой стороной микровибростола полезный объем для размещения испытуемого измерителя и датчиков контролируемых параметров, а в электролизующей прокладке и корпусе универсальной термокамеры выполнены отверстия для размещения электропроводов гальванической связи испытуемого измерителя, микровибростола, термоэлектрического модуля и датчиков контролируемых параметров со схемой сопряжения, встроенной в слоты персональной ЭВМ.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что перфорированная камера заполнена сухим льдом, а в электроизолирующей прокладке выполнены дополнительные отверстия для сообщения полости перфорированной камеры с полезным объемом универсальной термокамеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3