惯性测量单元安装误差系数标定实验
二零一三年六月十日
2.1 惯性测量单元安装误差系数标定试验
一、实验目的
1、掌握惯性测量单元（inertial measurement unit ，IMU ）的标度系数、安装
误差、零偏的标定方法；
2、利用现有实验条件实现实验过程的设计。
二、实验内容
利用单轴速率转台，进行IMU 的安装误差系数标定，并通过公式计算该安装误差系数。 三、实验系统组成
单轴速率位置转台、MEMS 惯性测量单元、稳压电源、数据采集系统。 四、实验原理
IMU 安装误差系数的计算方法
通常，惯导系统至少需要三个陀螺和三个加速度计，用以感知载体的三轴角速度和加速度变化。将这些陀螺和加计按照敏感轴两两正交的方式集成在一起，安装在一个结构框架上，便构成了一个能感知完整惯性测量信息的小型系统，称之为惯性测量单元。对惯性测量单元进行标定时，除了要对其中的陀螺、加速度计进行常规标定外，还要考虑由于安装时不能严格保证敏感轴两两正交所带来的交叉耦合误差，即，要对IMU 的安装误差进行标定，测量出不正交角。因此，在考虑IMU 的安装误差、标度因数误差、零偏误差的情况下，建立东北天坐标系下IMU 的角速度通道误差方程。
x x xx xy xz x y y yx yy yz y z z zx
zy
zz z K E E E K E E E K ωεωωεωωεω????????
????????=+???????????????
????????? (1)
式中i ω为惯性系统i 轴向陀螺输出角速度，i ω为i 轴向的输入角速度；i ε为i 轴向陀螺零偏；ii K 为i 轴向陀螺标度因数；ij E 为角速度通道的安装误差系
数，i和j为坐标轴X，Y，Z的统称。
设输入矩阵为
x1xn
y1yn
I
z1zn
...
11
ωω
ωω
ωω
??
??
??
Ω=
??
??
??
，输出矩阵为
x1xn
o y1yn
z1zn
...
ωω
ωω
ωω
??
??
Ω=??
??
??
，则标
度因数、安装误差系数与陀螺漂移组成的矩阵可按最小二乘法估计为：类似，可计算加速度计的标度因数、安装误差系数与加计零偏。
设输入矩阵为
x1xn
y1yn
I
z1zn
...
11
a a
a a
A
a a
??
??
??
=
??
??
??
，输出矩阵为
x1xn
o y1yn
z1zn
...
a a
A a a
a a
??
??
=??
??
??
，则标度
因数、安装误差系数与陀螺漂移组成的矩阵可按最小二乘法估计为：
五、实验内容
1、陀螺安装误差测试实验
1)速率转台处于“停止”状态，接通电源，预热至IMU工作稳定；
2)分别以10°/s，20°/s，40°/s，60°/s，80°/s的速率转动转台，打开监控计算机
中的数据采集软件。在每一个旋转速率下，转台正转，旋转稳定后，采集
转台旋转360°的过程中IMU的输出数据
zj+,1,2,3,4,5 j
ω=，停转，存储数
据；转台反转，如上再次采集IMU输出数据
zj-,1,2,3,4,5 j
ω=，停转，存储数据；
3)翻转工装，依次使得陀螺敏感轴X、Y轴依次平行于转台旋转轴，在每个
位置上重复上述步骤，稳定后记录转动相应敏感轴的角速度当量均值
ij ,,;1,2,3,4,5 i x y j
ω
±
==并保存数据；
六、实验结果
陀螺数据求平均处理
按公式（2）计算陀螺标度因数、安装误差和零偏结果如下。
0.987170.015020.000150.0180.994820.0000590.00570.000700.991897xx xy xz yx yy yz zx zy
zz K E E E K E E E K ??????
??=-???????
?--???
?
x Y Z
0.0201 0.0537 0.0810εεε????????=-????????????
2.2加速度计安装误差测试
一、实验步骤
1) 接通电源，预热至IMU 工作稳定，启动数据采集软件；
2) 摇动转台手柄使IMU 安装台面垂直，顺时针旋转垂直方向的转台，每隔
20°作为一个实验测试位置，直到转过360°回到原位置，再依次逆时针旋转垂直方向的转台，分别记录18组Z 向加速度计输出数据zj ,1,2,...a j ±=； 3) 将转台台面调至水平，安装IMU 使加速度计的Z 向垂直于水平面内。摇动
转台手柄使IMU 安装台面垂直，调整转台Z 向加速度计处于水平位置，此位置记为初始位置。
4) 顺时针旋转垂直方向的转台，每隔20°作为一个实验测试位置，直到转过
360°回到原位置，再依次逆时针旋转垂直方向的转台，分别记录18组X 、Y 向加速度计输出数据ij ,,;1,2,...a i x y j ±==。
二、实验结果
5) 按公式（3）计算加速度计标度因数、安装误差和零位误差。
标度因数及安装误差阵
0.99870.00010.00200.00010.99880.00040.00330.00150.9988xx xy xz yx yy yz zx zy
zz K E E E K E E E K ??????
??=-???????
?--???
?
加速度计的安装误差系数和零偏
x Y Z
0.0201 0.0537 0.0810εεε????????=-????
????????
三，实验分析
1， Matlab 在求逆的时候容易出现非奇异，导致不能求逆，应当适当调整输入阵的元素顺
序，避免奇异。
2.3旋转调制原理验证实验
一、实验目的
1、通过认识旋转调制技术，实现理论课学习范畴的拓展；
2、验证旋转调制技术的效果，加强学生对旋转调制技术的理解。 二、实验内容
观摩单轴旋转调制系统工作过程，学习旋转调制原理，验证旋转调制技术对陀螺、加速度计性能的调制效果。 三、实验系统组成
旋转调制式捷联惯导系统、稳压电源、数据采集系统。 四、实验原理
旋转调制是陀螺漂移的自补偿技术，设X 向陀螺的漂移为x ε，加计零偏为
x ?，Y 向陀螺的漂移为y ε，加计零偏为y ?,平台绕Z 轴以ω的角速度旋转，如图1所示，则地理坐标系下的等效东向和北向陀螺漂移和加速度计零偏的表达式有：
Y
图1 旋转调制捷联惯导的组成框图
cos sin sin cos E x z Z x z t t t t
εεωεωεεωεω=+??
=-+?
（1）
cos sin sin cos E x z Z x z t t t t
ωωωω?=?+???
?=-?+??
（2）
旋转调制技术可以将惯性器件引起的误差大大降低。 五、实验内容 1．教师讲解
● 旋转调制技术简介
● 旋转调制系统及显控系统简介 2．操作演示
● 演示旋转调制系统工作过程
● 控制电机分别处于旋转和锁定状态，输出并存储陀螺和加速度计数据。 3．理论探究
对两种状态下的陀螺漂移角速率分别求姿态误差角，探究旋转调制对陀螺性能改善的作用。 旋转调制后 ：
未经调制的误差角：
六、实验分析
由图可以看出，经过旋转调制的姿态误差角从原理上讲应该比未经过旋转调制的姿态误差角小，但是由于其他干扰，只能看出经过旋转调制后相对于未经过旋转调制的情况幅值确定而不是发散。
四，实验源程序
1，陀螺仪安装误差标定源程序
%%%%%%%%%%%X轴反向
x10n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\x10n.txt');
x20n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\x20n.txt');
x40n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\x40n.txt');
x60n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\x60n.txt'); x80n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\x80n.txt'); x101=x10n(2:7201,1);
x201=x20n(2:3601,1);
x401=x40n(2:1801,1);
x601=x60n(2:1201,1);
x801=x80n(28:929,1);
x101=mean(x101);
x201=mean(x201);
x401=mean(x401);
x601=mean(x601);
x801=mean(x801);
x1=[x101 x201 x401 x601 x801]; %%%%%%%%%%%Y轴反向
y10n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\y10n.txt'); y20n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\y20n.txt'); y40n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\y40n.txt'); y60n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\y60n.txt'); y80n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\y80n.txt'); y101=y10n(2:7201,2);
y201=y20n(2:3601,2);
y401=y40n(2:1801,2);
y601=y60n(2:1201,2);
y801=y80n(28:929,2);
y101=mean(y101);
y201=mean(y201);
y401=mean(y401);
y601=mean(y601);
y801=mean(y801);
y1=[y101 y201 y401 y601 y801];
%%%%%%%%%%%Z轴反向
z10n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\z10n.txt'); z20n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\z20n.txt'); z40n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\z40n.txt'); z60n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\z60n.txt'); z80n=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\z80n.txt'); z101=z10n(2:7201,3);
z201=z20n(2:3601,3);
z601=z60n(2:1201,3);
z801=z80n(28:929,3);
z101=mean(z101);
z201=mean(z201);
z401=mean(z401);
z601=mean(z601);
z801=mean(z801);
z1=[z101 z201 z401 z601 z801];
%%%%%%%%%%%X轴正向
x10p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\x10p.txt');
x20p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\x20p.txt');
x40p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\x40p.txt');
x60p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\x60p.txt');
x80p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\x80p.txt');
x101=x10p(2:7201,1);
x201=x20p(2:3601,1);
x401=x40p(2:1801,1);
x601=x60p(2:1201,1);
x801=x80p(28:929,1);
x101=mean(x101);
x201=mean(x201);
x401=mean(x401);
x601=mean(x601);
x801=mean(x801);
x0=[x101 x201 x401 x601 x801];
%%%%%%%%%%%%%%%%Y轴正向%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% y10p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\y10p.txt');
y20p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\y20p.txt');
y40p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\y40p.txt');
y60p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\y60p.txt');
y80p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\y80p.txt');
y101=y10p(2:7201,2);
y201=y20p(2:3601,2);
y401=y40p(2:1801,2);
y601=y60p(2:1201,2);
y801=y80p(28:929,2);
y101=mean(y101);
y401=mean(y401);
y601=mean(y601);
y801=mean(y801);
y0=[y101 y201 y401 y601 y801];
%%%%%%%%%%%%%%%%Z轴正向%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
z10p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\z10p.txt');
z20p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\z20p.txt');
z40p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\z40p.txt');
z60p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\z60p.txt');
z80p=load('E:\惯性器件综合实验\2\陀螺标定数据\z80p.txt');
z101=z10p(2:7201,3);
z201=z20p(2:3601,3);
z401=z40p(2:1801,3);
z601=z60p(2:1201,3);
z801=z80p(28:929,3);
z101=mean(z101);
z201=mean(z201);
z401=mean(z401);
z601=mean(z601);
z801=mean(z801);
z0=[z101 z201 z401 z601 z801];
k=[1 1 1 1 1 ]
x=[x1,x0];
y=[y1,y0];
z=[z1,z0];
W1=[10 20 40 60 80 -10 -20 -40 -60 -80;
80 60 40 20 10 -10 -20 -40 -60 -80;
60 40 20 10 80 -10 -20 -40 -60 -80;
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ];
W0=[ 9.9243 19.9380 39.8195 59.6146 79.3660 -9.9123 -19.9246 -39.8253 -59.6601 -79.1389;
79.2885 59.9388 39.9983 19.9458 10.0445 -10.3317 -19.9998 -40.4727 -59.7430 -79.2054;
59.7230 39.9615 19.9238 10.0398 79.3576 -9.9690 -19.8442 -39.8682 -59.4884 -79.0262] Sg= W0*(W1)'*inv(W1*(W1)');
2，计算加速度计安装误差源程序
xd=load('E:\惯性器件综合实验\3\accData\xd.txt');
xu=load('E:\惯性器件综合实验\3\accData\xu.txt');
yd=load('E:\惯性器件综合实验\3\accData\yd.txt');
yu=load('E:\惯性器件综合实验\3\accData\yu.txt');
zd=load('E:\惯性器件综合实验\3\accData\zd.txt');
zu=load('E:\惯性器件综合实验\3\accData\zu.txt');
xd1=mean(xd)/1000;
xu1=mean(xu)/1000;
yd1=mean(yd)/1000;
yu1=mean(yu)/1000;
zd1=mean(zd)/1000;
zu1=mean(zu)/1000;
xd11=xd1(4:6)';
xu11=xu1(4:6)';
yd11=yd1(4:6)';
yu11=yu1(4:6)';
zd11=zd1(4:6)';
zu11=zu1(4:6)';
Ao=[xd11 yd11 zd11 xu11 yu11 zu11]
AI=[1 0 0 -1 0 0;
0 1 0 0 -1 0;
0 0 1 0 0 -1;
1 1 1 1 1 1];
C=inv(AI*AI');
Sacce=Ao*AI'*C;
旋转调制与未经过旋转调制的源程序
Q=load('E:\惯性器件综合实验\惯性导航试验数据\2\旋转调制实验数据\data.xls'); %%%%%%%求转换矩阵%%%%%%%%
Wx1=Q(160002:170002,1);
Wy1=Q(160002:170002,2);%%%提取转换矩阵的数据
Wz1=Q(160002:170002,3);
Wx1=mean(Wx1)*0.56534653/3600*1000*pi/180 ; %%%%转换为度每秒
Wy1=mean(Wy1)*0.57063519/3600*1000*pi/180 ;
Wz1=mean(Wz1)*(-0.57213617)/3600*1000*pi/180;
W=[Wx1 Wy1 Wz1];
Ax=Q(160002:170002,4);
Ay=Q(160002:170002,5);
Az=Q(160002:170002,6);
Ax=mean(Ax)*(3.1507301e-4)*1000;
Ay=mean(Ay)*(3.1618922e-4)*1000;
Az=mean(Az)*(3.1207785e-4)*1000;
A=[Ax Ay Az];
g=9.8;
wie=7.292115147e-5;
L = 40.0211142228246*pi/180;
C3=A/g;
c3=C3';
C12=(Wx1-C3(1)*wie*sin(L))/(wie*cos(L));
C22=(Wy1-C3(2)*wie*sin(L))/(wie*cos(L));
C32=(Wz1-C3(3)*wie*sin(L))/(wie*cos(L));
C2=[C12 C22 C32];
c2=C2';
C1=cross(C2,C3);
c=C1';
Ctb=[c,c2,c3];
%%%%%%%%%%%%旋转调制转换%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%提取数据%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Wx=Q(32001:160001,1);
Wy=Q(32001:160001,2);%%%提取旋转调制的数据
Wz=Q(32001:160001,3);
JD=Q(32001:160001,7);
Wx=Wx*0.56534653/3600*1000*pi/180 ; %%%%转换为hu度每秒
Wy=Wy*0.57063519/3600*1000*pi/180 ;
Wz=Wz*(-0.57213617)/3600*1000*pi/180;
D=JD*0.00022865853658536584*pi/180; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%5转化为弧度
wie=7.292115147e-5;
L = 40.0211142228246*pi/180;
wibbx=Wx.*cos(D)+Wy.*sin(D);
wibby=Wx.*sin(D)+Wy.*cos(D);
wibbz=Wz;
Wibb=[wibbx wibby wibbz];
wittx=0;
witty=wie*cos(L);
wittz=wie*sin(L);
Witt=[wittx witty wittz]';
Witb=Ctb* Witt;
wtbbx= wibbx-Witb(1);
wtbby= wibby-Witb(2);
wtbbz=wibbz-Witb(3);
nx=zeros(160001-32001,1);
ny=zeros(160001-3200,1);
nz=zeros(160001-32001,1);
nx(1)=wtbbx(1,1)*1/1000;
ny(1)=wtbby(1,1)*1/1000;
nz(1)=wtbbz(1,1)*1/1000;
for i=2:(160001-32001)
nx(i)=nx(i-1)+wtbbx(i,1)*1/1000;
ny(i)=ny(i-1)+wtbby(i,1)*1/1000;
nz(i)=nz(i-1)+wtbbz(i,1)*1/1000;
u(i)=i;
end
plot(u,nx);
plot(u,ny);
plot(u,nz);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%未经过旋转调制的果%%%%%%%%%%%
g=9.8;
wie=7.292115147e-5;
L = 40.0211142228246*pi/180;
Wx2=Q(160001:225458,1);
Wy2=Q(160001:225458,2);
Wz2=Q(160001:225458,3);
JD1=Q(160001:225458,7);
%%%%%%%%%%%%5转换单位%%%%%%%%
Wxx=Wx2*0.56534653/3600*1000*pi/180 ; %%%%转换为度每秒
Wyy=Wy2*0.57063519/3600*1000*pi/180 ;
Wzz=Wz2*(-0.57213617)/3600*1000*pi/180;
D=JD1*0.00022865853658536584*pi/180; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%5转化为弧度
wibbx1=Wxx;
wibby1=Wyy;
wibbz1=Wzz;
Wibb=[wibbx1 wibby1 wibbz1];
%%%%%%%%%%%%%求转换矩阵 wittx=0;
witty=wie*cos(L);
wittz=wie*sin(L);
Witt=[wittx witty wittz]';
Witb=Ctb* Witt;
wtbbx1= wibbx1-Witb(1);
wtbby1= wibby1-Witb(2);
wtbbz1=wibbz1-Witb(3);
nx1(1)=wtbbx1(1,1)*1/1000;
ny1(1)=wtbby1(1,1)*1/1000;
nz1(1)=wtbbz1(1,1)*1/1000;
for i=2:(225458-160001)
nx1(i)=nx1(i-1)+wtbbx1(i,1)*1/1000;
ny1(i)=ny1(i-1)+wtbby1(i,1)*1/1000;
nz1(i)=nz1(i-1)+wtbbz1(i,1)*1/1000;
u(i)=i;
end
plot(u,ny1);
OTDR测试与误差分析 OTDR是光缆工程施工和光缆线路维护工作中最重要的测试仪器，它能将长100多公里光纤的完好情况和故障状态，以一定斜率直线（曲线）的形式清晰的显示在几英寸的液晶屏上。根据事件表的数据，能迅速的查找确定故障点的位置和判断障碍的性质及类别，对分析光纤的主要特性参数能提供准确的数据。OTDR主要是根据光学原理以及瑞利散射和菲涅尔反射理论制成的。仪表的激光源发出一定强度和波长的光束至被测光纤，由于光纤本身的缺陷，制作工艺和石英玻璃材料组分的不均匀性，使光在光纤中传输将产生瑞利散射；由于机械连接和断裂等原因将造成光在光纤中产生菲涅尔反射，由光纤沿线各点反射回的微弱的光信号经光定向耦合器到仪器的接收端，通过光电转换器，低噪声放大器，数字图象信号处理等过程，实现图表、曲线扫迹在屏幕上显现。目前OTDR 型号种类繁多，操作方式也各不相同，但其工作原理是一致的。在光纤线路的测试中，应尽量保持使用同一块仪表进行某条线路的测试，各次测试时主要参数值的设置也应保持一致，这样可以减少测试误差，便于和上次的测试结果比较。即使使用不同型号的仪表进行测试，只要其动态范围能达到要求，折射率、波长、脉宽、距离、均化时间等参数的设置亦和上一次的相同，这样测试数据一般不会有大的差别。 一、 OTDR测试 1.测试方式：利用OTDR进行光纤线路的测试，一般有三种方式，自动方式，手动方式，实时方式。当需要概览整条线路的状况时，采用自动方式，它只需要设置折射率、波长最基本的参数，其它由仪表在测试中自动设定，按下自动测试（测试）键，整条曲线和事件表都会被显示，测试时间短，速度快，操作简单，宜在查找故障的段落和部位时使用。手动方式需要对几个主要的参数全部进行设置，主要用于对测试曲线上的事件进行详细分析，一般通过变换、移动游标，放大曲线的某一段落等功能对事件进行准确定位，提高测试的分辨率，增加测试的精度，在光纤线路的实际测试中常被采用。实时方式是对曲线不断的扫描刷新，由于曲线在不断的跳动和变化，所以较少使用。 2.OTDR可测试的主要参数：⑴测纤长和事件点的位置。⑵测光纤的衰减和衰减分布情况。⑶测光纤的接头损耗。⑷光纤全回损的测量。光纤距离的测量是以激光进入光纤到它遇到故障点返回光时域反射仪的时间间隔来计量纤长的。为了提高测量的精确度，应根据被测纤的长度设置合适的“距离范围”和“脉冲宽度”，距离一般选被测纤长的1.5倍,使曲线占满屏的2/3为宜。脉冲宽度直接影响着OTDR的动态范围，随着被测光纤长度的增加，脉冲宽度也应逐渐加大，脉宽越大，功率越大，可测的距离越长，但分辨率变低。脉宽越窄，分辨率越高，测量也就越精确。一般根据所测纤长，选择一个适
MIN-IVA900结合了三个方向角速率陀螺仪，三向加速度计，三轴磁强计，混合运算 器,16 bit模数转换,微控制器等，通过创新性的算法，无论在静态和动态都能给出精确的方 向和姿态。操作在三轴360度的运动状态，提供姿态的Euler角. MIN-IVA900利用三轴陀螺跟踪系统动态的角度，三轴的加速度计和磁场计跟踪静态的角度，而内置的处理器及控制器，通过滤波和算法，输出实时的角度（无论是在静态还是动态）， 这就提供了快的响应,当在振动和快速的运动状态下也没有漂移。稳定的输出通过容易使用 的数字格式提供. 方向量程360度,任意轴 传感器量程陀螺:+/-300 deg/s;加速度:+/-1.7 g;磁场:+/-1.2 Gauss FS A/D分辨率16 bits 加速度线性度0.2% 加速度零偏稳定性* 0.010 G's 陀螺线性度0.2% 陀螺零偏稳定性* 0.7 degrees/sec 磁强计线性度0.4% 磁强计零偏稳定性* 0.010 Gauss 方向分辨率<0.1 deg 重复性0.20 deg 精度+/-0.5 deg（静态）,+/-2 deg（动态） 输出格式Euler 串口数字输出RS-232 响应速度100Hz 串口数据速率115.2 Kb 供应电压9V DC 供应电流85 mA 操作温度-40 to+70℃ 尺寸27 x 35x 60 mm 冲击1000 G's(非工作状态);500 G's(工作状态) ADIS16355（6DOF)Analog Devices,Inc.（简称ADI公司）将创新、业绩和卓越作 为企业的文化支柱，在此基础上已成长为该技术领域最持久高速增长的企业之一。ADI公司 是业界广泛认可的数据转换和信号调理技术全球领先的供应商，拥有遍布世界各地的60,000 客户，他们事实上代表了全部类型的电子设备制造商。ADI公司作为高性能模拟集成电路（IC）制造商庆祝公司在此行业全球领先40多年，其产品广泛用于模拟信号和数字信号处 理领域。公司总部设在美国马萨诸塞州诺伍德市，全球员工约8900人。公司拥有遍布全球
OTDR测试时常遇到的几个问题 一、我们在使用光时域反射仪（OTDR）时，常常由于测试链路较长不能看到所有的链路情况。那么在什么情况是动态范围不足的表现哪？ 1、轨迹被淹没在噪声中，有时候会测到的轨迹波动很大，但却保持着轨迹应有的发展趋势。 2、当分析轨迹时，出现《扫描结束》的标识。所谓扫描结束实际是说从该点以后的测试结果只作为参考。扫描结束的出现实际上是因为轨迹的清晰度变差，噪声水平较高，轨迹波动性较大。 3、已知测试链路的长度较长，应该考虑通过设臵增大动态范围。 增大动态范围有两种最为常用的方法，一是增加激光注入能量，另一是提高信噪比（S/N）。两种方法均可以通过仪表设臵达到。下面是对几种方法的简单概述。 1、选择更大的脉冲宽度。 实际上这种方法是最为常用的方法，它的本质是增加激光的注入能量。由于激光器的性能限制，不可能直接调整激光器以求更大的发射能量。我们知道，OTDR 测量必须采用脉冲方式，加大脉冲宽度实际上是使激光器发射的持续时间增加，以达到增大注入能量的目的。因此，这种方法可以获得更大的动态范围。然而，更大的脉宽意味着会有更大的盲区，这种方法是有一定代价的。 2、选择《取平均时间》测量模式，并选择更长的取平均时间。 这种方法被我们实际测量中大量采用，实际上是增大信噪比的一种数字信号处理的算法。主要采用将多次测量的结果相加取平均值的方式提高信噪比。它利用了信号及噪声的不同特性达到提高信噪比的目的。信号是有规律性的，而噪声是随机的。在相加过程中，信号被一次次放大，而噪声相加总的趋势是趋近于“0”。取平均的过程，是将信号还原到原有的强度。整个处理过程实际上是降低噪声的
IMU-惯性测量单元 组合惯导产品是将陀螺，磁力计，加速度计，GPS等有机组合以提供更加丰富精确的导航信息。 IMU（惯性测量单元，可输出载体三轴的角速度，加速度值）。 主要应用在航空、陆地、海洋导航，跟踪控制，平台稳定，ROV/AGV控制，UAV/RPV控制，精准耕种等。 美国Crossbow系列产品： IMU700CB, IMU440CA, IMU321, ADIS16350/ADIS16355; ADIS16350/ADIS16355温度校准iSensor?提供完全的三轴惯性检测(角度运动与线性运动)，它是一个小体积模块，适合系统集成。ADIS16355内核采用Analog Devices, Inc., (ADI公司)的iMEMS?传感器技术，内置嵌入式处理用于传感器校准与调谐。SPI接口允许简单的系统接口与编程。 特点： -三轴陀螺仪;动态范围： ±75°/s, ±150°/s, ±300°/s 14位分辨率 -集成三轴加速度计 ±10 g 测试范围 14位分辨率 -带宽：350 Hz -在温度范围内，工厂已校准灵敏度与偏移 ADIS16350: +25°C ADIS16355: −40°C 至+85°C -SPI?兼容串行接口 -承受冲击加速度：2000g（通电情况下） 应用： -飞行器的导航与控制 -平台稳定与控制 -运动控制与分析 -惯性测量单元 -GPS辅助导航 -摄像稳定 -机器人 ADIS16355系列惯性测量单元 参数 条件 典型值 单位 陀螺灵敏度 灵敏度25℃，动态范围：±300°/s 0.07326 °/s/LSB 25℃，动态范围：±150°/s 0.03663 °/s/LSB
主讲教师↓1.惯性器件及系统对测试设备的要求 3 8.1 8.1 测试设备介绍测试设备介绍 ↓1.精度测试设备------位置给定设备位置给定设备 位置给定设备包括：多面体；端尺盘；位置转台 3 双轴位置转台 ↓1.精度测试设备------速率转台速率转台 带温控试验箱的双轴测试转台三轴多功能惯导测试转台 ↓1.精度测试设备------速率转台速率转台
↓1.精度测试设备------伺服转台伺服转台 ↓1.精度测试设备 运动模拟台等。 多自由度摇摆台三轴飞行仿真试验转台 ↓2.环境测试设备 ↓1.惯性器件误差分析 ↓1.惯性器件误差分析↓2. . 惯性系统误差分析惯性系统误差分析
↓2. . 惯性系统误差分析 惯性系统误差分析↓3.提高惯性器件系统精度途径---实时在线补偿 惯性器件的主要性能指标提高惯性器件系统精度途径---实时在线补偿↓1. . 惯性器件的主要性能指标 ↓3. . 提高惯性器件系统精度途径 惯性器件及系统的主要性能指标 ↓1. . 惯性器件及系统的主要性能指标 惯性器件及系统的主要性能指标↓1. . 惯性器件及系统的主要性能指标
↓1. . 惯性器件及系统的主要性能指标惯性器件及系统的主要性能指标↓2. . 转台标定转台标定↓2. . 转台标定转台标定 ↓2. . 转台标定转台标定 倾角回转误差：±2'' ↓2. . 转台标定转台标定 陀螺标度因数和安装误差标定 ?? ???????-=? ????ωωωωωωω0cos 0cos sin 0sin cos 1ie x t t t t (a) 倾角回转误差：±2'' ↓2. . 转台标定转台标定
制冷期末测试题 试卷总分100分时间100分钟 班级姓名学号分数 一、选择题（每题2分，共40分） 1、电冰箱的干燥过滤器安装在（） A．压缩机与蒸发器之间 B．压缩机与冷凝器之间 C．冷凝器与毛细管之间 D．蒸发器与毛细管之间 2、用万用表测量某压缩机的电动机接线柱 1、2、3 之间电阻，结果是 R12=8 欧姆， R23=22 欧姆，R13=30 欧姆，请问 2 号接线柱是（） A．启动绕组接线柱 B．运行绕组接线柱 C．公共接线柱 D．无法判断 3、电冰箱型号 BCD-158W 中的 W 含义是（） A．间冷式无霜电冰箱 B．直冷式电冰箱 C．家用冷藏箱 D．家用冷冻箱 4、在物质吸热或放热过程中，吸收或放出的热量为显热，下列叙述正确的是（） A、物质温度不变，形态变化 B、物质温度变化，形态不变 C、物质温度不变，形态不变 D、物质温度变化，形态变化 5、检测压缩机绕组电阻时,若测得的电阻值无穷大,说明发生的故障是（）。 A、短路 B、断路 C、匝间短路 D、不确定 6、兆欧表是专门用来测量工作在高压状态下材料（）的仪器。 A、绝缘阻值 B、绝缘强度 C、耐压程度 D、导电能力 7、风冷式冷凝器，按空气在冷凝器盘管外侧的流动形式，可分为空气（）和（）两种形式。 A、自然对流、强迫对流 B、套管式、壳管式 C、冷却空气式、冷却液体式 D、满液式、干式 8、容器内的气体或液体对于容器内壁的实际压力，叫做（） A、表压力 B、绝对压力 C、真空压力 D、大气压 12，吸气压力为9、某空调采用R22制冷剂，测得压缩机吸气温度C0 0.55Mpa（对应的饱和温度为C05），试问制冷剂的状态为（）。
基于惯性传感器的机器人姿态监测系统设计一、设计背景 空间飞行器的惯性测量系统、机器人的平衡姿态检测、机械臂伸展确定等许多方面都需要测量物体的倾斜和方向等姿态参数。机器人的运动过程中要不断的检测机器人的运动状态，以实现对机器人的精确控制。.本文研究的基于MEMS 惯性传感器姿态检测系统用于检测自平衡机器人运动时姿态，以控制机器人的平衡。 随着微机电系统（MEMS）技术的发展，采用传感器应用到姿态检测系统上的条件变得成熟。基于MEMS 技术的加速度传感器和陀螺仪具有抗冲击能力强、可靠性高、寿命长、成本低等优点，是适用于构建姿态检测系统的惯性传感器。利用MEMS 陀螺仪和加速度传感器等惯性传感器组成的姿态检测系统，能够通过对重力矢量夹角和系统转动角速度进行测量，从而实时、准确地检测系统的偏转角度。 由于惯性传感器随着时间、温度的外界变化，会产生不同程度的漂移。通过对陀螺仪和加速度计的采集数据进行数据融合，测量的角度与实际的角度相吻合，取得了良好的控制效果。同时该系统具有独立，易用的特点，其应用前景广泛。 二、基本原理 在地球上任何位置的物体都受到重力的作用而产生一个加速度，加速度传感器可以用来测定变化或恒定的加速度。把三轴加速度传感器固定在物体上，在相对静止状态下，当物体姿态改变时，加速度传感器的敏感轴相对于重力场发生变
化，加速度传感器的三个敏感轴分别输出重力在其相应方向产生的分量信号。 当系统处于变速运动状态时，由于加速度传感器同时受到重力加速度和系统自身加速度的影响，其返回值是重力加速度同系统自身加速度的矢量和。对加速度传感器温度漂移及系统振动和机械噪声等方面的考虑，加速度传感器不能独立运用测量系统的姿态。陀螺仪能够提供瞬间的动态角度变化，由于其本身的固有特性、温度及积分过程的影响，它会随着工作时间的延长产生漂移误差。因此对于姿态检测系统而言,单独使用陀螺仪或加速度计，都不能提供系统姿态的可靠估计。为了克服这些问题，数据融合算法需使用加速度传感器的测量值并使用陀螺仪测得的角速度数据对加速度传感器数据进行融合和矫正。 图1加速度传感器 系统依据上一时刻的重力矢量方向的估计值，结合陀螺仪测得的角度值计算出当前时刻的重力矢量方向，再与当前时刻加速度传感器返回的矢量方向进行加权平均，得到当前矢量方向的最优估计值。 三、系统框架 姿态平衡检测系统中，控制单元采用单片机来完成控制,数据采集与处理，数据通讯等功能。根据对资料的分析,同时对性能价格比的衡量，惯性测量单元
OTDR测试技巧与假峰现象的分析 毕建军 尹志国 姚大军 （黑龙江电通自动化有限公司，哈尔滨 150001） 摘 要：在用OTDR测试光缆线路时，在测试曲线上有时出现非实际存在的假峰。对假峰出现的原因进行了分析，并简述了假峰对测试的影响及假峰的判断和消除。 关键词：光时域反射计；真峰；假峰 0 问题的提出 在用OTDR进行光缆线路测试过程中，经常遇到许多故障点，测试曲线上有时出现非实际存在的假峰。结合辽长吉哈等光纤通信工程对上述原因进行分析，提出利用改变折射率的方法精确故障点，同时简述了假峰对测试的影响及假峰的判断和消除。 1 用改变折射率的方法精确故障点 在黑龙江省辽长吉哈光纤通信工程施工过程中，我们遇到过一个故障点。即测量时发现在距永源变机房479m处有一断纤，从断点距离分析，就在终端塔接头盒处。但在打开终端塔接头盒并将此纤用OTDR监视熔接数次后，仍未与干线光缆接通。因此，我们采用改变OTDR 折射率的方法判断并排除了故障。 根据光传输基本原理，即 n=c/v c－光速 n－折射率 v－光在介质中传输速率（这里指在光纤中传输速率） 由于c是光速为一常数，而且在同一介质里（同一光缆里的光纤）传输速率v也为定值，所以折射率n的值是唯一的，一般均为厂家提供。这就决定了只要OTDR的折射率被选定，从其光源发光后再接收到反射信号的时间上便可确定一个准确距离。如果我们人为地改变OTDR折射率，比如将实测折射率比厂家提供的标准折射率高，那么OTDR仪表内部认定的计算速率一定要降低。根据 V=D/T V－OTDR仪表内部认定的计算速率 D－OTDR仪表显示距离 T－光在光纤中传输及反射的时间 此时光在光纤中传输及反射的时间T不会改变，而V的值被OTDR认定为降低，相应的OTDR仪表内计算的结果必然减少，即测量结果比标准距离减少了。 同理，若人为减少实测折射率值，则测量值比实际距离将增加。 根据上述原理，我们经过多次改变OTDR折射率测量，结果如下表： 故 障 光 纤 测 试 表 测试条件 厂家提供折射率：1.4658 测试范围：1km 脉冲宽度：100ns 波长：1310nm 实测折射率 未断光纤实测值 已断光纤实测值 2.0 328.4 332.5 1.9658 334.1 337.8
实验一蒸气压缩式制冷系统的性能测定 一、实验目的 1、加深了解制冷循环系统的组成； 2、学习测定制冷压缩机性能的方法； 3、通过实际测定和制冷压缩机的运行，分析影响压缩机性能的因素。 二、实验装置 实验采用普通商业用制冷压缩机性能实验台。实验台采用封闭式制冷压缩机，蒸发器和冷凝器均为水换热器。压缩机的轴功率通过输入电功率来测算。实验台的主实验为液体载冷剂法，辅助实验为水冷冷凝器平衡法。各测点均用铜电阻温度计。实验台装置如图1所示： 图1 制冷压缩机实验台外观图片 图2 制冷系统循环原理图
三、实验步骤 1、实验前必须预习实验指导书及压缩制冷原理的有关内容。实验时，必须弄清教师对实验装置及其仪表使用方法的进一步介绍，方可进行实验。 2、实验操作步骤如下： 1）在工况稳定的情况下，开始实验测试，测定改工况下的吸气压力、排气压力、吸气温度、排气温度、过冷温度、蒸发器和冷凝器的进水出水温度以及它们的流量、压缩机的输入电功率等参数。 2）为提高测量的准确性，每隔3分钟读取一次数据，取三次数据的平均值作为测试结果（三次记录数据均在稳定工况下测试）。 3）调节截流装置的开度，重复上述操作过程，测得一组新的实验数据。 4）数据记录完毕后，慢慢减小各种调节装置的开度。 5）关闭压缩机开关，然后关闭水泵电源开关。切断总电源，清洗水箱，排掉水箱中的水。 规定工况：P 吸=0.15MPa ，P 排=0.88MPa t 吸=18.1℃，t 排=74.1℃，t 过冷=34.7℃ 未经现场指导教师同意，除上述所需开关旋钮，阀门允许操作外，实验仪上其余装置及开关均不得擅自乱动，否则后果自负。 四、实验数据处理 1. 压缩机制冷量 忽略压缩机进排气阀的压力损失，忽略由膨胀阀出口至压缩机入口，由压缩机出口至膨胀阀入口各段的压力损失及膨胀阀与周围环境的热交换，考虑到压缩机的实际压缩是一多变过程，试验中蒸发器中的绝对压力为0P （kN/m 2），冷凝器中的绝对压力为k P （kN/m 2），热力膨胀阀前制冷剂液体温度为3t （℃）、压缩机吸排气口制冷剂气体温度为1t （℃）、2t （℃），蒸发器出口制冷剂温度为1t （℃）、冷凝器出口液体温度为3t （℃），就可画出相应的制冷循环h P -lg 图，如图3所示。 图3 压缩机制冷循环h P -lg 图
实验名称：自构建光纤链路的otdr测试实验实验日期：指导老师：林远芳学生姓 名：同组学生姓名：成绩： 一、实验目的和要求二、实验内容和原理三、主要仪器设备四、实验结果记录 与分析 五、数据记录和处理六、结果与分析七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1. 了解瑞利散射及菲涅尔反射的概念及特点； 2. 熟练掌握裸纤端面切割、清洁、连接对准方法及熔接技术； 3. 熟悉光时域反射仪（optical time domain reflectometer，以下简称 otdr）的工 作原理、操作方法和使用要点，能利用 otdr 测试、判断和分析光纤链路中的事件点位置及 其产生原因，提高工程应用能力。 二、实验内容和原理 1．otdr 测试基本理论 散射：光遇到微小粒子或不均匀结构时发生的一种光学现象，此时光传输不再具有良好 的方向性。 瑞利散射：当光在光纤中传播时，由于光纤的基本结构不完美（光纤本身的缺陷、制作 工艺和材料组分存在着分子级大小的结构上的不均匀性），一部分光纤会改变其原有传播方向 而向四周散射（图 1-3-1），引起光能量损失，其强度与波长的 4 次方成反比，随着波长的 增加，损耗迅速下降。 后向或背向散射：瑞利散射的方向是分布于整个立体角的，其中一部分散射光纤和原来 的传播方向相反，返回到光纤的注入端，形成连续的后向散射回波。光纤中某一点的后向回 波可以反映出光纤中光功率的分布情况，椐此可以测试出光纤的损耗。 菲涅尔反射：当光纤由一种媒质进入另一种媒质时会产生的一种反射，其强度与两种媒 质的相对折射率的平方成正比。如图1-3-2 所示，一束能量为p0 的光，由媒质 1（折射率 为nl）进入媒质 2（折射率为 n2）产生的反射信号为p1，则 ?n1?n2p1???n?n2?1? ???2 衰减：指信号沿链路传输过程中损失的量度，以 db 表示。衰减是光纤中光功率减少量 的一种度量，光纤内径中的瑞利散射是引起光纤衰减的主要原因。通常，对于均匀光纤来 说，可用单位长度的衰减，即衰减系数来反映光纤的衰减性能的好坏。 当光脉冲通过光纤传输时，沿光纤长度上的每一点均会引起瑞利散射。这种散射向着四 面八方，其中总有一部分会沿着纤轴反向传输到输入端。由于主要的散射是瑞利散射，并且 瑞利散射光的波长与入射光的波长相同，其光功率与该散射点的入射光功率成正比，光纤中 散射光的强弱反映了光纤长度上各点衰减大小，光纤长度上的某一点散射信号的变化，可以 通过后向散射方法独立地探测出来，而不受其它点散射信号改变的影响，所以测量沿纤轴返 回的后向瑞利散射光功率就可以获得光沿着光纤传输时的衰减及其它信息。 基于后向散射法设计的测量仪器称为 otdr，其突出优点在于它是一种非破坏性的单端测 量方法，测量只需在光纤的一端进行。它利用激光二极管产生光脉冲，经定向耦合器注入被 测光纤，然后在同一端测量沿光纤轴向向后返回的散射光功率返回信号与时间的关系，将时 间值乘以光在光纤中的传播速度以计算出距离，在屏幕上显示返回信号的相对功率与距离之 间的关系曲线和测试结果。国内厂家主要是中国电子科技集团公司第四十一研究所，国外的 品牌主要有安捷伦（agilent）、安立（anritsu）、exfo、wavetek 等。 2．光纤的连接 光纤连接时的耦合损耗因素基本上可分为两大类：一类是固有的，是被连接光纤本身特 性参数的差异，比如纤芯直径、模场直径、数值孔径差异、纤芯或模场的同心度偏差、纤芯
MEMS惯性测量单元测试标定方法研究 随着微机械系统的发展和集成电路制造工艺的快速进步,微惯性技术在导航学科中占据了越来越重要的地位。微惯性测量单元借助于自身成本低、体积小、自主性强等优势,在军民用导航领域都发挥着越来越重要的作用。因此,国内外许多科研和教育单位都更加重视微惯性系统的开发与应用。然而,目前常见的MEMS 惯性测量单元的测量精度都相对比较低,现今着重研究如何合理利用科学方法来提升MEMS惯性测量单元的精度有着极其重大的意义。 设计制造测试标定设备,建立MEMS惯性测量单元正确的数学模型,设计更加简捷快速的标定测试方法,是提高MEMS惯性测量单元精度的重要途径,本文主要针对实验室自制的MEMS惯性测量单元展开误差建模和标定技术研究。首先,根据MEMS惯性测量单元的标定测试需求从机械结构、软硬件设计等各方面详细介绍了实验室自制的标定测试设备。其次,分析了MEMS惯性测量单元的误差特性,详细介绍了各个误差参数对MEMS惯性测量单元的影响。针对随机噪声对MEMS惯性测量单元精度影响较大的实际情况,采用Allan方差法定量分析了MEMS陀螺仪的五种主要噪声。 然后,根据MEMS惯性测量单元的特点,分别建立了MEMS陀螺仪和加速度计的误差模型,对MEMS惯性测量单元的分立标定方法进行了详实介绍,并推导了数据处理公式。基于实验室自制的三轴测试标定实验设备,设计了MEMS陀螺的速率实验和加速度计的静态多位置实验,并进行了分立标定实验验证了所用方法的实用性。最后,根据捷联导航误差方程和Kalman滤波器模型建立了合适的状态方程和量测方程,选择合适的MEMS惯性测量单元系统级标定位置编排。根据设计的转停路径进行了MEMS陀螺惯性测量单元的系统级标定实验。 通过测试实验证明了所提出标定方法的有效性。
1、制冷系统原理介绍 一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高。压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，再送入压缩机的入口，从而完成制冷循环。压缩制冷系统循环见下图1-1。 单级蒸汽压缩制冷系统，是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。 液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入
蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。 在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。 2、冷柜制冷系统设计 2.1、冷柜制冷系统设计的内容和流程 制冷系统设计的主要内容是落实一款产品的整个制冷系统，需明确压缩机、蒸发器、冷凝器等一系列制冷件，但也要考虑其它零件，如感温导管、连接管等。简单来说，就是制冷人员要将整个制冷系统考虑一遍，并在明细表中确定下来。需要考虑的大原则是零件尽量通用，产品设计零件数量少，零件规格通用化，加工设备（包括外协厂制作加工）尽量少，生产效率高。 针对冷柜系统焊点要尽可能少，简单产品不超过10个焊点，最多不超过15个。压缩机物料号需技术副总审批，通用化高的制冷件物料审批需部长级审批，
惯性组合测量方法 无陀螺惯性测量组合是指惯性测量组合中不使用陀螺测量角速度,而是利用线加速度计测量线加速度的同时,根据线加速度计的空间位置组合解算出角速度,从而得到惯性测量的全部参数,达到惯性导航的目的。 加速度计是无陀螺惯性测量组合的核心元件，然而加速度计在实际使用中不可避免的存在多种误差，其中有器件本身误差项刻度因子误差、偏置、噪声以及安装误差，包括位置误差和方位误差，仿真结果表明，它们是加速度计输出误差的主要来源。 本设计在12加速度计惯性测量组合实物模型及硬件采集电路的基础上，主要对加速度计的刻度因子，固定偏置，噪声以及加速度计的方位误差和安装误差进行分析并进行补偿。 该系统通过硬件采集电路将原始加速度计阵列输出的模拟信号转换成数字信号，并存储到FLASH存储器中，然后将数据通过USB接口传回计算机。通过软件进行数据的分析和处理。 实验系统采用4个三轴加速度计ADXL330构成的加速度计阵列来敏感加速度信号，按照上述配置方案进行配置。信号采集部分主要采用FPGA-XC2S30作为中心控制单元，运用高精度运算放大器OPA4340构建信号调理电路，以两片16位、六通道同步A/D转换器ADS8365完成十二路模拟信号的转换，最大同步转换速率可以达到250kSPS。整个系统由FPGA控制控制FLASH存储器将转换后数据进行存储，并完成包括电源管理、数据采集、存储及读数操作。另外，通过VC++6.0编制的上位机软件实现数据采集处理。 该方案中应用了四片三轴加速度计传感器ADXL330,其三个敏感轴互相垂直，分别安装在惯组质心、X轴、Y轴和Z轴正向，其位置和敏感方向如图所示。 在图中，A1～A12代表加速度计1～12的敏感方向。加速度计1～12的安装位置向量表达式分别为：[0;0;0]、[r;0;0]、[0;r;0]、[0;0;0]、[0;0;r]、[0;r;0]、[0;0;0]、[0;0;r]、[r;0;0]、[0;0;r]、[r;0;0]、[0;r;0]，r为距离质心的距离,其值为0.041米。加速度计1～12的安装方
IMU惯性测量单元 【IMU惯性测量单元简单介绍】 （英文：Inertial measurement unit，简称IMU）是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。 一般的，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。在导航中用着很重要的应用价值。 为了提高可靠性，还可以为每个轴配备更多的传感器。一般而言IMU要安装在被测物体的重心上。 【IMU惯性测量装置的工作原理】 IMU惯性测量装置属于捷联式惯导，该系统有两个加速度传感器与三个方向的角速率传感器（陀螺）组成。 以当地水平指北系统为例，惯性平台始终保持地平坐标系,安装在平台上的3个互相正交的加速度计分别测出沿东西、南北和垂直方向的加速度分量,并输入计算机。在消除加速度计误差、重力加速度和由于地球自转产生的科里奥利加速度影响后，得出运载体相对地平坐标系的位移加速度分量,再就t（从起始点到待测点的时间）进行两次积分，并考虑初始速度值，就可解算出相对前一起始点的坐标变化量，同相应起始点的经度λ0、纬度0和高程h0累加，就得到待定点的坐标。 电子计算机除了用观测数据计算点位坐标外，还根据一次积分后的速度分量和已知地球参数（仪器所在点的地球子午圈和卯酉圈曲率半径M和N，地球自转角速度ω），连续计算控制惯性平台的力矩信号W、W 和W，以便实时跟踪所选定的地平坐标系。
垂直加速度计的输出信号，实际是运载体垂直加速度与当地的重力加速度之和。当运载体停止时，它的垂直加速度为零,这时从中消除非重力加速度之后,就得到当地的重力加速度。 运载体在运动过程中，由计算机通过陀螺仪控制惯性平台，不断地按参考椭球面的曲率进动。由于加速度计误差、陀螺仪漂移和垂线偏差变化等因素的影响，运载体到达待测点停止时,平台将不平行于当地水平面,两个水平加速度计的输出不等于零。消除加速度计误差和陀螺仪漂移后，就得到相对于前一点的垂线偏差变化分量Δ和Δη的输出，加上前一点已知的垂线偏差分量0 和η0，便得出待测点的垂线偏差分量和η。 惯性平台的指北方位基准由方位传感器传递，经计算机可随时显示平台外壳光学镜面法线的方位角Q,需要时可用自准直光学经纬仪引出。 【IMU惯性测量单元测量精度】 惯性测量的精度主要受加速度计和陀螺仪的影响，在行进过程中，采用运载体每隔相等时间停下来的方法，以提高测量精度。当运载体停止时，其运动加速度和速度应精确为零，利用这一信息，可以检核和改正前段随时间积累的误差，这一操作称为“零速更新”。 【IMU惯性测量单元特点】 安装在运载体上的惯性测量系统，不依赖外界的其他辅助设备，能快速而独立地测量多种定位和地球重力场参数，使作业效率大大提高。该系统可以全天候工作，不受大气折射的影响，不要求相邻待测点之间通视，克服了传统大地测量所受的自然条件的限制。因此，惯性测量系统为大地控制网的加密和快速定位开辟了新的途径。惯性测量系统的缺点是仪器结构复杂,造价较高,维护工作繁重。但它仍是一种能满足军事测绘要求的全天候快速测量仪器。
控制与制导 本文2006-04-12收到,作者文炜系中国航天科工集团三院三部助理工程师 基于ME M S 技术的惯性测量器件 及系统的发展现状和应用 文 炜 ▲ M E M S 系统示意图 摘 要 简要描述了M E M S 系 统的特点,介绍了基于M E M S 技术的惯性测量器件及系统在国外的发展现状及应用情况,从武器系统低成本、小型化、高可靠性的发展趋势说明了武器系统中使用M E M S 技术的必要性,同时根据武器系统对惯性测量器件的要求,通过国外武器系统中的成功应用说明了M E M S 技术在飞航导弹或无人机的控制系统中使用的可行性,最后针对国内M E M S 技术的发展情况,对M E M S 惯性测量器件及系统在武器系统中的应用提出了相关要求。 关键词 M E M S 惯性传感器 惯性测量系统 武器系统 概 述 M E MS (M icro -E l e ctro -M e -chanical Syste m s )即微机电系统,它属于多学科交叉的新领域,是融合微电子与精密机械加工的技 术,集微型机构、传感器信号处理、控制等功能于一体的、具有信息获取、处理和执行等多功能的系统。完整的ME M S 是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。 其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起,组成具有多功 能的微型系统,集成于大尺寸系统中,从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。基于ME M S 技术生产的M E M S 器件具有体积小、质量轻、成本低、抗冲击、可靠性高等优点,在汽车、电子、家电、机电等行业以及军事领域有着极为广阔的应用前景。 飞航导弹或无人机的控制系统一般采用自动驾驶仪或惯性导航系统两种形式,而这两种系统均大量采用惯性传感器,其中自动驾驶仪的惯性传感器为陀螺仪,惯性导航系统的惯性传感器 为加速度计和陀螺仪。采用ME M S 惯性传感器或惯性测量系统可以在一定程度上降低成本、减小体积、提高性能并降低功耗。 1 ME M S 传感器的发展及应用 ME M S 技术自从20世纪80年代出现以来引起了世界各国的高度重视,西方国家尤其是美国投入了大量的资金及研究人员进入这一领域。美国德雷泊实验室、喷气推进实验室、利顿公司,德国LI T EF 公司、法国SA -GE M 公司、模拟器件公司及俄罗斯维克托公司等都在ME M S 惯性器件、ME MS -I M U 和低成本 DOI 牶牨牥牣牨牰牫牫牳牤j 牣issn 牣牨牥牥牴牠牨牫牨牴牣牪牥牥牰牣牥牴牣牥牨牴
·仪表研究与设计· 文章编号:10056734(1999)01002804 光纤陀螺惯性测量单元的设计与实现 宋凝芳,张春熹,马迎建,杜新政,张维叙 (北京航空航天大学,北京 100083) 摘要:本文介绍采用全数字闭环光纤陀螺组成的惯性测量单元的实现方法,采用DSP作为中央处理单元,完成三轴组合的时序控制、数字解调、滤波算法、波形合成及数据传输,并对三轴陀螺进行了全面的性能测试,测试结果表明惯性测量单元中每个陀螺零漂均小于0.5°/h,标度因数线性度<200ppm,达到了预期的设计要求。 关键词:光纤陀螺;惯性测量单元;DSP;闭环 中图分类号:V241.5 文献标识码:A Design and Implementation of IMU Based on FOGs SON G Ning fang,ZHANG Chun xi,M A Ying jian,DU Xin zheng,ZHAN Wei x u (Beijing Univ ersity o f Aero nautics and Astronautics,Beijing100083,China) Abstract:This paper describes a n im plenentatio n method o f Inertia l M easurem ent Units (IM U)using all digital Fiber Optic Cyro sco pes(FOG).Th e timing contro l,digital demodu-lation,filter alg orithms,w av efo rm combinataon a nd data com munica tion fo r the three axis integ rated FO G a re carried out by a digital sig nal processo r(DSP).The test result of three FOGs is presented.The perfo rmance o f<0.5°/h bias stability,<200ppm scale factor accura-cy is achiev ed,and the system sa tisfies the desig n requirem ents. Key words:Fiber Optic Gy roscope;inertial measurement unit;digital signal processor; closed loo p 1 引言 光纤陀螺是一种完全不同于常规机电陀螺的光电传感器。它没有机械活动部件,具有工艺简单、体积小、重量轻、启动速度快、灵敏度高、动态范围大、抗冲击和耐过载等一系列的优异性能。在航空、航天、航海等军用及地质、石油勘探等民用领域具有广阔的发展前景,成为国内外研究的热点。国内在光纤陀螺研究方面也投入了大量人力、物力。目前,单轴光纤陀螺技术已经成熟,接近实用化。 惯性测量单元为导航、制导和控制系统的核心,主要由以下几部分组成: ①陀螺传感器,用于敏感角速度或角度。 ②加速度计传感器,用于敏感比力,从而获得速度、位置的变化量。 ③处理器部件,用于处理陀螺和加速度计传感器数据,形成系统解算所需的信息。 随着以计算机为“数学平台”的捷联技术的发展,由捷联式测量单元构成的系统在某些应用中正在逐渐取代传统的框架式系统。对惯性器件(陀螺仪和加速度计)也提出了更高的要求,而传统的机电陀螺已很难满足这方面的要求。光纤陀螺作为中等精度器件,应用于惯性测量单元中,具有令人称道的特性。与挠性陀螺相比,它具有抗冲击及可靠性高等特性;与激光陀螺相比,具有体积小、成本低及无闭锁的特点。因此,特别适合于构造惯 收稿日期:19990118 作者简介:宋凝芳,女,北京航空航天大学宇航学院讲师,从事G PS应用及光纤陀螺研究。 中国惯性技术学报 1999年3月第7卷第1期
压缩机检测方法和参数—压缩机性能测试 一、前言 制冷压缩机是制冷装置中最主要的设备，是制冷系统的动力装置和主机，相当于制冷机的心脏。它使制冷剂在系统的管路中循环，把来自蒸发器的低温低压制冷剂蒸汽压缩成高温高压的制冷剂蒸汽再排入冷凝器。 压缩机的作用可总结为： 1)从蒸发器中吸出蒸汽，以保证蒸发汽内一定的蒸发压力。 2)提高压力（压缩）以创造在较高温度下冷凝的条件。 3) 输送制冷剂，使制冷剂完成制冷循环。 压缩机性能的好坏直接影响到整机的制冷效果。而且，压缩机与制冷系统的匹配是否合理，不但涉及到整个装置的成本，而且对使用寿命和能耗均有影响，所以对压缩机的性能及有关参数的测试是非常有必要的。 对 压缩机性能的测试主要是测定压缩机运行时相关温度、压力、液位、转速、功率、振动、噪声、制冷剂流量、制冷量，其中制冷剂流量、制冷量及规定工况下的制冷 量是测试的重点。压缩机测试完后，需要对测试数据参照国家标准进行判断分析，以找出压缩机结构设计中问题，或者判断该压缩机是否运行良好。 本文将先对压缩机的测试原理、方法和相关规定做一个简单介绍，然后对测试过程进行描述，并对测试后数据进行分析、评价。以此对压缩机检测与分析的全过程进行描述和分析，不到之处，请大家批评指正。 二、压缩机测试的相关规定 为保证测试的统一性和结果的可靠性，国家规定了压缩机测试的相关标准，而该标准也即国际标准ISO 917-1974 中的《制冷压缩机的试验标准》。 2.1 一般规定 2.1.1 排除试验系统内的不凝性气体.确认没有制冷剂的泄漏. 2.1.2 系统内应有足够的符合有关标准规定的制冷剂.压缩机内保持正常运转用润滑油量. 2.1.3 循环的制冷剂液体内含油量应不超过2%(以质量计). 2.1.4 压缩机吸、排气口的压力一温度在同一部位测量，该测点应在吸、排气截止阀外（不带阀的封闭 压缩机为距机壳体）0.3m的直管段处。 2.1.5 排气管道上应设置有效的油分离器. 2.1.6试验系统装置的周围不应有异常的空气流动。 2.1.7 试验装置环境温度为30±5℃。 2.1.8 提供测量含油量而抽取制冷剂??—油混合物样品的设备。 2.2 试验规定 2.2.1 压缩机性能试验包括主要试验和校核试验，二者应同时进行测量。 2.2.2 校核试验和主要试验的试验结果之间的偏差应在±4% 以内，并以主要试验的测量结果为计算依 据。 2.2.3 压 缩机试验时，系统应建立热平衡状态，试验时间一般不少于1.5h。测量数据的记录应在试验 工况稳定半小时后，每隔20min测量一次，直至连续四次的测量 数据符合规定为止。第一次测量到第四次测量记录的时间称为试验周期，在该周期内允许对压力、温度、流量和液面作微小的调节。 2.2.4 主要试验方法 a. 第二制冷剂量热器法 b. 满液式制冷剂量热器法 c. 干式制冷剂量热器法 d. 制冷剂气体流量计法 2.2.5 校核试验方法 a. 水冷冷凝器量热器法 b. 制冷剂液体流量计法 c. 压缩机排气管道量热器法 2.3 测量仪表和精度的规定 2.3.1 一般规定 2.3.1.1 试验用仪表的类型，可采用一种或数种进行测量。 2.3.1.2 试验用仪表应在有效使用期内，并应有近期经国家计量部门或有关部门校正的合格证明。 2.3.2 温度测量仪表和精度 2.3.2.1 仪表：玻璃水银温度计、热电偶、电阻温度计、半导体温度计和温差计。 2.3.2.2 精度： a. 量热器的加热或冷却介质和制冷剂的进、出口温度：准确度±0.1℃； b. 冷凝器用于校核试验时的冷却水温度：准确度±0.1℃； c. 压缩机吸气温度、流量节流装置前温度：准确度±0.1℃； d. 其它温度：准确度±0.2℃； 2.3.2.3 温度测量的规定：
MEMS惯性测量单元（IMU）/陀螺仪对准基础 对于在反馈环路中采用MEMS惯性测量单元（IMU）的高性能运动控制系统，传感器对准误差常常是其关键考虑之一。对于IMU中的陀螺仪，传感器对准误差描述各陀螺仪的旋转轴与系统定义的惯性参考系（也称为全局坐标系）之间的角度差。为了管控对准误差对传感器精度的影响，可能需要独特的封装、特殊的组装工艺，甚至在最终配置中进行复杂的惯性测试。 所有这些事情都可能会对项目管理的重要指标：如计划、投资和各系统中IMU相关的总成本等，产生重大影响。因此，在设计周期的早期，当还有时间界定系统架构以实现最有效解决方案的时候，对传感器对准误差加以考虑是十分有必要的。毕竟，没有人希望在烧掉项目80%的计划时间和预算之后才发现，为了满足最终用户不容商量的交货要求，其并不昂贵的传感器需要增加数百甚至数千美元的意外成本，那样可就糟糕至极了！ 设计系统的IMU功能架构时，有三个基本对准概念需要了解和评估：误差估计、对准误差对系统关键行为的影响以及电子对准（安装后）。初始误差估计应当包括IMU以及在运行过程中将其固定就位的机械系统这两方面的误差贡献。了解这些误差对系统关键功能的影响有助于确立相关性能目标，防止过度处理问题，同时管控无法兑现关键性能和成本承诺的风险。最后，为了优化系统的性能或以成本换空间，可能需要某种形式的电子对准。预测安装后的对准误差一个应用的对准精度取决于两个关键因素：IMU的对准误差和在运行过程中将其固定就位的机械系统的精度。IMU的贡献（IMU）和系统的贡献（SYS）通常并不相关，估计总对准误差时，常常是利用和方根计算将这两个误差源加以合并： 某些IMU规格表通过轴到封装对准误差或轴到坐标系对准误差等参数来量化对准误差。图1以夸张方式显示了ADIS16485中各陀螺仪相对于其封装边缘的对准误差。图中的绿色虚线代表封装定义的参考系的各轴。实线代表封装内部陀螺仪的旋转轴，IMU代表三个对准误差项的最大值（X、Y、Z）。