多路三軸光纖陀螺自動化測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要 因三軸光纖陀螺的測試過程復(fù)雜、耗時(shí)長、測試效率低。提出了一種多路三軸光纖陀螺自動測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。敘述了測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)思想并給出了完成自動化測試、軟件設(shè)計(jì)方法及組建方案。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三軸光纖陀螺測試全程自動化，節(jié)約了成本，提高了測試效率。
關(guān)鍵詞 光纖陀螺；自動化測試系統(tǒng)；多通道；多線程

三軸光纖陀螺是基于Sagnac效應(yīng)的光學(xué)角速率傳感器，能同時(shí)敏感空間3個(gè)正交方向的角速率。具有靈敏度高、功耗小、精度高、體積小、質(zhì)量輕及成本低等優(yōu)點(diǎn)。因而被廣泛應(yīng)用于空對空導(dǎo)彈、衛(wèi)星、飛機(jī)、輪船等方面。在國內(nèi)，三軸光纖陀螺的研究已成熟；但由于三軸光纖陀螺的產(chǎn)量多、測試過程又相對復(fù)雜，因此快速可靠、機(jī)動靈活、高效低費(fèi)的自動化測試設(shè)備，對提高測試效率有著重要意義。本設(shè)計(jì)介紹了測試設(shè)備的硬件平臺的搭建、軟件測試流程的編寫；靈活運(yùn)用LabWindows／CVI的消息傳遞機(jī)制和多線程技術(shù)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)4套三軸光纖陀螺的自動化測試。

1 測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與硬件組成
1．1 自動化測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
(1)實(shí)現(xiàn)自動化。測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測試設(shè)備的自身檢測和產(chǎn)品檢測；其中，設(shè)備自動檢測包括設(shè)備的供電電壓檢測和自動通斷點(diǎn)檢測；產(chǎn)品檢測包括產(chǎn)品通斷電壓和電流的檢測。如果電壓電流超過正常范圍，則切斷相應(yīng)通道產(chǎn)品的電源，防止產(chǎn)品損壞，并記錄在案；自動進(jìn)行各種環(huán)境實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)所有的測試流程無人值守。
(2)實(shí)現(xiàn)環(huán)境實(shí)驗(yàn)。自動控制溫箱并且準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)老練前、老練中、老練后、溫循前、溫循中和溫循后等測試所需要的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
(3)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)采集?？梢栽O(shè)置PC與采集卡的通信協(xié)議、產(chǎn)品名、溫度因子等。能夠同步采集三軸光纖陀螺的422數(shù)據(jù)、電流和電壓；能夠?qū)嵅斤@示采集到x軸、y軸和z軸零偏數(shù)據(jù)、溫度、脈沖數(shù)和溫箱的工作狀態(tài)。
(4)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動處理及報(bào)表生成。實(shí)現(xiàn)對各路數(shù)據(jù)的自動處理，并顯示處理結(jié)果，生成相應(yīng)的報(bào)表。
1．2 自動化測試系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)
三軸光纖陀螺在測試過程中，需要進(jìn)行老練測試和溫循測試；通過ESPEC公司的溫箱模擬外部實(shí)驗(yàn)環(huán)境。測試設(shè)備的硬件組成主要包括：供電系統(tǒng)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、信號分離及通斷電控制箱和溫箱等。
系統(tǒng)硬件框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(1)工控機(jī)，主要負(fù)責(zé)整個(gè)測試過程的監(jiān)控，控制溫箱，控制陀螺通斷電，測試數(shù)據(jù)的接收、處理、存儲，實(shí)現(xiàn)自動化控制等。
(2)數(shù)據(jù)采集部分，主要包括PCI數(shù)據(jù)采集控制卡和4串口Moxa卡(422信號)。其中PCI數(shù)據(jù)采集控制卡采集電流和電壓，4串口Moxa卡傳輸三軸光纖陀螺產(chǎn)生的422信號。
(3)信號分離調(diào)理及通斷電控制箱，處理4套三軸光纖陀螺的輸出信號，實(shí)現(xiàn)各路產(chǎn)品通斷電的自動化控制。
(4)ESPEC溫箱，接收工控機(jī)串口發(fā)來的控制命令模擬所需的外部環(huán)境。
(5)供電系統(tǒng)，提供設(shè)備所需要的各種電壓。

2 自動化測試程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
虛擬儀器技術(shù)為數(shù)據(jù)采集提供了便利條件，主要由數(shù)據(jù)采集的硬件部分和數(shù)據(jù)分析處理的軟件部分組成。硬件部分將采集到的信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的信號，然后輸入到計(jì)算機(jī)中；計(jì)算機(jī)通過軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取及分析處理，并將處理結(jié)果反饋到用戶界面。設(shè)計(jì)采用NI公司的LabWindows／CVI開發(fā)環(huán)境進(jìn)行測試軟件設(shè)計(jì)。LabWindows／CVI是交互式C語言開發(fā)環(huán)境，不僅提供豐富的界面資源和各種控件，方便軟件開發(fā)者根據(jù)具體需要編輯用戶界面；而且，LabWindows／CVI消息傳遞機(jī)制便于測試的自動化。另外，多線程技術(shù)用于實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的效率，便于系統(tǒng)資源的調(diào)度與數(shù)據(jù)傳輸。可以使操作系統(tǒng)在完成多個(gè)任務(wù)時(shí)，均勻地分配系統(tǒng)時(shí)間，使應(yīng)用程序獲得更快的響應(yīng)和最小的阻塞。
2．1 測試界面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)測試軟件界面，如圖2所示。測試界面主要包括：4通道實(shí)時(shí)xyz三軸脈沖曲線、溫度曲線顯示模塊，xyz三軸實(shí)時(shí)脈沖值溫度值顯示框，數(shù)據(jù)處理模塊、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊、各通道通信參數(shù)設(shè)置模塊、測試狀態(tài)顯示模塊；數(shù)據(jù)處理主要包括：曲線顯示模塊、處理數(shù)據(jù)顯示模塊、處理曲線選擇模塊等。