基于虛擬儀器的機載陀螺儀測試系統(tǒng)研究

虛擬儀器技術(shù)是軟件代替部分硬件設(shè)計的技術(shù)，其中硬件模塊實現(xiàn)信號的調(diào)理、采集和輸出，而軟件實現(xiàn)信號的處理、顯示和產(chǎn)生。利用軟件快速、靈活的運算處理能力，簡化硬件模塊功能，減少硬件模塊體積，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。另外，該技術(shù)只需更改軟件就能滿足大部分信號的測試，具有很強的靈活性和擴展性。
目前，傳統(tǒng)的航空機載陀螺儀測試系統(tǒng)采用分立儀器搭建，具有成本高、自動化程度低、擴展性差的缺點，因此，這里提出一種基于虛擬儀器技術(shù)的航空機載陀螺儀自動測試系統(tǒng)的設(shè)計方案。

1 陀螺儀測試系統(tǒng)硬件設(shè)計
該系統(tǒng)硬件主要是以C8051F005單片機為核心，結(jié)合相應(yīng)的外圍電路實現(xiàn)A／D、D／A轉(zhuǎn)換以及開關(guān)量的控制，采用模塊化設(shè)計，通過RS-232總線與計算機控制系統(tǒng)進行通信。考慮到該系統(tǒng)設(shè)計的模塊較多，且為了后續(xù)擴展，選用標(biāo)準(zhǔn)的3U工業(yè)機箱。其系統(tǒng)硬件原理圖如圖1所示。

1．1 測試轉(zhuǎn)臺
測試轉(zhuǎn)臺用于標(biāo)校陀螺精度，每種型號的陀螺都有各自的測試轉(zhuǎn)臺。在對陀螺進行測試前，需要將陀螺固定在測試轉(zhuǎn)臺上，并將轉(zhuǎn)臺調(diào)整到水平位置。測試轉(zhuǎn)臺上有俯仰和傾斜指示刻度，可根據(jù)要求將陀螺調(diào)整到相應(yīng)位置。
1．2 陀螺儀和航空連接器
陀螺轉(zhuǎn)子是陀螺儀的基本部件，常采用同步電機、三相交流電機等拖動方法使陀螺轉(zhuǎn)子高速圍繞自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；內(nèi)、外框架(或稱內(nèi)、外環(huán))是陀螺自轉(zhuǎn)軸獲得所需角轉(zhuǎn)動自由度的結(jié)構(gòu)；附件是指力矩馬達、信號傳感器等。
根據(jù)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指方向在不受外力影響時不改變的原理來保持方向，制造出來的陀螺裝置就叫陀螺儀。陀螺儀在工作時要給它一個力，使它能快速旋轉(zhuǎn)起來，一般能達到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，可以工作很長時間，然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數(shù)據(jù)信號傳給控制系統(tǒng)。
陀螺儀的種類很多，按用途可分為傳感陀螺儀和指示陀螺儀。傳感陀螺儀用于飛行體運動的自動控制系統(tǒng)中，作為水平、垂直、俯仰、航向和角速度傳感器；指示陀螺儀主要用于飛行狀態(tài)的指示，作為駕駛和領(lǐng)航儀表使用。不同型號的陀螺儀通過不同的連接器與信號調(diào)理箱連接。因此，測試系統(tǒng)根據(jù)陀螺儀的連接情況，需要配備多個連接器。
1．3 電源部件
電源部件為航空機載陀螺儀自動測試系統(tǒng)提供所需的直流和交流電源，直流輸出為+27V，交流輸出為三相36V400Hz和三相115V 400 Hz。陀螺儀型號不同，其消耗功率也不同，交直流一般約O．5 A。