Broşür
Transkript
Broşür
5. ATALETSEL ÖLÇÜM TEST HİZMETLERİ INERTIAL SENSOR TESTS AND CALIBRATION SERVICES Ataletsel Ölçüm Laboratuvarında, seyrüsefer ve güdüm sistemlerinde kullanılan Dönüölçer, İvmeölçer, Ataletsel Ölçüm Birimi (AÖB) ve Ataletsel Seyrüsefer Sistemi (ANS) için gerekli test ve kalibrasyonlar laboratuar olanakları dahilinde yapılmaktadır. Inertial Sensor Laboratory serves to provide testing and calibration of Inertial Navigation System (INS), Inertial Measurement Unit (IMU), accelerometer and gyroscope used for navigation and guidance systems. 44 45 Ataletsel Ölçüm Laboratuvarı (AÖL) TÜBİTAKSAGE’nin en eski altyapılarından olup 1994 yılında Savunma Sanayi Müsteşarlığı’nın katkılarıyla Orta Doğu Teknik Üniversitesi yerleşkesinde Güdüm Kontrol Laboratuarının (GKL) bir parçası olarak kurulmuştur. Bu altyapıda, Türkiye’deki birçok firma ile çalışılmış ve bir çok projeye ait ataletsel ölçer veya birim testleri yapılmıştır. Altyapıda ISO 9001:2000 kalite yönetim sistemi uygulanmaktadır. Altyapıda Bulunan Cihazların Teknik Özellikleri Üç Eksenli Hareket Benzetimci • Konum çözünürlüğü : 0.00001° • Konum doğruluğu : < 1 arcsec (< 0.0003°) • Açısal hız çözünürlüğü : 0.00001 °/s • Açısal hız kararlılığı : 0.0001 % • En yüksek hız : 1000 °/s (iç eksen); 750 °/s (orta eksen); 500 °/s (dış eksen) • En yüksek ivme : 1660 °/s2 (iç eksen); 590 °/s2 (orta eksen); 660 °/s2 (dış eksen) • Sıcaklık kontrolü :-55 +85 °C • • İki Eksenli Hareket Üreteci Konum çözünürlüğü 0.00001° Konum doğruluğu : < 1 arcsec (< 0.0003°) Açısal hız çözünürlüğü : 0.0001 °/s Açısal hız kararlılığı : ± 0.0002% < 400 °/s; ± 0.0005% < 1000 °/s En yüksek hız : 1000 °/s (iç eksen); 400 °/s (dış eksen) En yüksek ivme : 2700 °/s2 (iç eksen); 260 °/s2 (dış eksen) Maksimum test edilebilir yük : 40 kg Sıcaklık kontrolü : -60 +90°C • • • • • • • • Santrifüj Cihazı Konum çözünürlüğü : 0.00001° Konum doğruluğu : < 1 arcsec (< 0.0003°) Açısal hız çözünürlüğü : 0.00001 °/s Açısal hız kararlılığı : 0.0001 % Maksimum açısal hız : 4000 °/s Doğrusal ivme aralığı : 0.5 – 200 g Maksimum test edilebilir yük : 10 kg Test odası sıcaklık aralığı : -60°C ile 125°C • • • • • • • • İndeks Tablası Konum doğruluğu : 0.25 arcsec Tekrarlanabilirliği : 0.05 arcsec Konum kararlılığı : 0.025 arcsec Ortogonallik : 2 arcsec Konum çözünürlüğü : 1.0 deg Yükleme Limiti : 10 lbs Yükseklik x en x çap : 2620 x 1755 x 1219 mm Ağırlık : 310 lbs • • • • • • 46 Inertial Sensor Laboratory (AÖL) is the oldest infrastructure of TUBİTAK-SAGE, located in the campus of Middle East Technical University. Laboratory was founded in 1994 by Under Secretariat for Defense Industries as part of the Guidance and Control Laboratory. We have been collaborated with many companies in country and performed tests of various kinds of inertial sensors and inertial measurement units in the laboratory. Laboratory work has been carried out according to ISO 9001:2000 Quality Management System. Technical Specifications of Instruments Three axis motion simulator • Positioning resolution : 0.00001° • Positioning accuracy : < 1 arcsec (< 0.0003°) • Rate resolution : 0.00001 °/s • Rate stability : 0.0001 % • Max. rate : 1000 °/s (Inner axis); 750 °/s (Middle axis); 500 °/s (Outer axis) • Max. acceleration : 1660 °/s2 (Inner axis); 590 °/s2 (Middle axis); 660 °/s2 (Outer axis) • Temperature chamber range :-55 to +85 °C. Two axis position / rate table • Positioning resolution : 0.00001° • Position accuracy : < 1 arcsec (< 0.0003°) • Rate resolution : 0.0001 °/s • Rate stability : ± 0.0002% < 400 °/s; ± 0.0005% < 1000 °/s • Max. rate : 1000 °/s (Inner axis); 400 °/s (Outer axis) • Max. acceleration : 2700 °/s2 (Inner axis); 260°/ s2 (Outer axis) • Payload Capacity : 40 kg • Temperature chamber range : -60 to +90°C • • • • • • • • Centrifuge Positioning resolution : 0.00001° Positioning accuracy : < 1 arcsec (< 0.0003°) Rate resolution : 0.00001 °/s Rate stability : 0.0001 % Rate range: 4000 °/s Linear acceleration range : 0.5 – 200 g Payload Capacity : 10 kg Temperature chamber range : -60°C to 125°C. • • • • • • • • Manual index table Positioning accuracy : 0.25 arcsec Repeatability : 0.05 arcsec Position stability : 0.025 arcsec Orthogonality : 2 arcsec Positioning resolution : 1.0 deg Payload Capacity : 10 lbs Dimensions (HxWxD) : 2620 x 1755 x 1219 mm Weight : 310 lbs. 47 Kapsadığı Standartlar / Şartnameler Standards/Specifications • • IEEE Std. 528 – 2001 : Standard for Inertial • IEEE Std. 1293 – 1998 : Standart Specification • Single-Axis, Nongyroscopic Accelerometers. Single-Axis, Nongyroscopic Accelerometers. IEEE Std. 836 – 2001 : Recommended Practice • Accelerometers. Accelerometers. IEEE Std. 952 – 1997 (R2002) : IEEE Standart • Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Interferometric Fiber Procedure for Single-Axis Interferometric Fiber IEEE Std. 529 – 1980 (R2005) : IEEE Standart Optic Gyros. • Supplement for Strapdown Applications to IEEE Standart Specification Format Guide and IEEE Standart Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Degree-of-Freedom Rate-Integrating Gyros. Rate-Integrating Gyros. IEEE Std. 674 – 1995 : IEEE Standart • for Linear Single-Axis Laser Gyros. for Linear Single-Axis Laser Gyros. IEEE Std. 813 – 1988 (R2005) : IEEE Standart Specification Format Guide and Test Procedure for Two-Degree-of-Freedom Dynamically Tuned Gyros. 5.1. İvmeölçer Test ve Kalibrasyonu Bu testler ile ivmeölçer teknik özellikleri doğrulanabilir ve her ivmeölçere ait kalibrasyon parametreleri bulunabilir. Bu parametrelerin kararlılığı ve değişen sıcaklığa bağlı olarak değişimi hesaplanabilir. Bu testler Allan Varyans 48 IEEE Std. 674 – 1995 : IEEE Standart Specification Format Guide and Test Procedure Specification Format Guide and Test Procedure • IEEE Std. 529 – 1980 (R2005) : IEEE Standart Supplement for Strapdown Applications to Test Procedure for Single-Degree-of-Freedom • IEEE Std. 952 – 1997 (R2002) : IEEE Standart Specification Format Guide and Test Optic Gyros. • IEEE Std. 836 – 2001 : Recommended Practice for Precision Centrifuge Testing of Linear for Precision Centrifuge Testing of Linear • IEEE Std. 1293 – 1998 : Standart Specification Format Guide and Test Procedure for Linear Format Guide and Test Procedure for Linear • IEEE Std. 528 – 2001 : Standard for Inertial Sensor Terminology. Sensor Terminology. • IEEE Std. 813 – 1988 (R2005) : IEEE Standart Specification Format Guide and Test Procedure for Two-Degree-of-Freedom Dynamically Tuned Gyros. 5.1. Accelerometer Tests and Calibration Technical specifications of accelerometer can be verified and calibration parameters can be found by accelerometer tests. Stability and temperature dependency of calibration parameters can be calculated also. These tests are divided into two Testleri ve Kalibrasyon Testleri olarak iki kısma parts. First part is Allan variance tests and second ayrılır. part is calibration tests. Allan Varyans Testleri Allan Variance Tests Bu testler durağan durumdaki ölçerlerden, Data should be taken for long time (for hours) uzun süreli (saatler seviyesinde) veri alınarak without giving input to the accelerometer. Allan gerçekleştirilmektedir. Alınan bu ölçer verilerinin variance is the average of the variance of adjacent grup ortalamalarının farklarına dayalı işlem pairs of elements in a contiguous time series of sonucunda çizilen grafikten, gürültü kaynaklı data versus the averaging time used to generate değişik hatalar hesaplanır. Hesaplanan hatalar the elements. Allan variance results are related to şunlardır: basic sensor noise terms given below: • nicemleme gürültüsü • quantization noise • hız rastgele yürüme • velocity random walk • sabit kayma kararsızlığı • bias instability • uzun süre gürültüsü. • rate ramp. Allan varyans testleri, indeks Allan variance tests are tablası, üç eksenli hareket performed by using indexing benzetimci, iki eksenli table (or dividing head), two hareket üreteci kullanılarak axis position/rate table, three yapılabilmektedir. axis motion simulator. 49 Kalibrasyon Testleri Calibration Tests Her ivmeölçer ayrı ayrı Each accelerometer is kalibrasyon testlerine girer. calibrated separately by these Kalibrasyon testleri ihtiyaca göre tests. Calibration tests can indeks tablası, santrifüj cihazı, üç be performed by using index eksenli hareket benzetimci ve/ veya 2 eksenli hareket üreteci table, centrifuge, two axis cihazlarından uygun olanlar position/rate table and three kullanılarak ivmeölçere yüksek axis motion simulator. Highly hassasiyetli ivme girdileri sensitive inputs can be given to uygulanarak yapılır. Kalibrasyon the accelerometer using those testleri, konum testleri ve equipments. Calibration tests are santrifüj testleri olarak ayrılabilir. Konum testleri; indeks tablası, üç divided into two parts as position eksenli hareket benzetimci, iki tests and centrifuge tests. eksenli hareket üreteci cihazlarını kullanarak yapılabilmektedir. Konum testlerinde ivmeölçere ±1 g aralığında yerçekimi ivmesi bileşenleri uygulanmaktadır. Bu konum testleri sonucunda ivmeölçerler için sabit kayma, orantı katsayısı ve açı kayması değerleri Position tests can be performed by using index table, two axis position/rate table or three axis motion simulator. Table is tumbled through a series of positions to apply components of local gravity vector in the range hesaplanır. of ±1 g. Bias, scale factor and misalignments can Santrifüj testleri ile ise yüksek ivme değerleri be calculated as a result of position tests. Scale altında orantı katsayısı ve orantı katsayısı factor can be calculated during centrifuge tests doğrusallığı ivmeölçer ölçme aralığı boyunca hesaplanır. Hesaplanan bu katsayılar ile ölçerlere ait kalibrasyon matrisi oluşturulur. Bu matris AÖB for all measurement range of the accelerometer. Accelerometer calibration matrix is constituted veya seyrüsefer yazılımlarına girdi olmaktadır. with these calculated parameters and this matrix Bu testlerin ardından ayrıntılı olarak farklı can be used by navigation process and IMU sıcaklıklarda kalibrasyon testleri tekrar edilebilir. software. Calibration tests can be repeated to find Böylelikle parametrelerin sıcaklığa bağlı olarak the temperature dependence of the calibration değişimi ve tekrarlanabilirliği test edilir. parameters. Uygulamalar MEMs (Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler) yapılı Applications veya sarkaç yapılı quartz ivmeölçerlere bu testler Accelerometer tests can be applied to quartz uygulanabilmektedir. pendulum type and MEMs (Micro-ElectroMechanical Systems) type accelerometers. Gerekli Örnek Özellikleri ve Örnek Teslim Şartları Test edilecek ivmeölçerlerin test edileceği uygun cihaz seçildikten sonra uygun test düzeneğinin Sample Requirements kurulması gerekmektedir. Bu test düzeneği, ölçerin Suitable test setup for accelerometer testing cihazın içine yerleşimini sağlayacak mekanik should be selected and configured. This test setup arayüzü, ölçer verilerinin bilgisayara slipringler should mainly include sensor mounting fixture, üzerinden veya başka bir yolla aktarılmasını software and electronic equipment required to sağlayacak elektriksel arayüzü ve/veya gerekli yazılımı içermektedir. Gerekli test düzeneği 50 operate accelerometer and measure its output. kurulduktan sonra ölçere uygun test planı After the test setup is complete, test plan is hazırlanıp ölçümler yapılır. Yapılan testler Test prepared and the results of all measurements are Sonuç Raporu ile raporlanmaktadır. reported. 51 5.2. Dönüölçer Test ve Kalibrasyonu 5.2. Gyroscope Tests and Calibration Bu testler ile dönüölçer teknik özellikleri doğrulanabilir ve her dönüölçere ait kalibrasyon parametreleri bulunabilir. Bu parametrelerin kararlılığı ve değişen sıcaklığa bağlı olarak parametrelerin değişimi hesaplanabilir. Bu testler Allan Varyans Testleri ve Kalibrasyon Testleri olarak iki kısma ayrılır. Technical specifications of gyroscope can be verified and calibration parameters can be found by these tests. Stability and temperature dependency of calibration parameters can be calculated with gyroscope tests also. These tests are divided into two parts. First part is Allan variance tests and second part is calibration tests. Allan Varyans Testleri Bu testler durağan durumdaki ölçerlerden, uzun süreli (saatler seviyesinde) veri alınarak gerçekleştirilmektedir. Alınan bu ölçer verilerinin grup ortalamalarının farklarına dayalı işlem sonucunda çizilen grafikten, gürültü kaynaklı değişik hatalar hesaplanır. Hesaplanan hatalar şunlardır: • nicemleme gürültüsü • açı rastgele yürüme • sabit kayma kararsızlığı • uzun süre gürültüsü. Dönüölçer Allan Varyans testleri, indeks tablası, üç eksenli hareket benzetimci, iki eksenli hareket üreteci kullanılarak yapılabilmektedir. Kalibrasyon Testleri Her dönüölçer ayrı ayrı kalibrasyon testlerine girer. Kalibrasyon testleri ile her dönüölçere ait parametreler hesaplanmaktadır. Kalibrasyon testleri, üç eksenli hareket benzetimci veya iki eksenli hareket üreteci kullanılarak yapılabilmektedir. Bu testler sırasında dönüölçere yüksek hassasiyetli dönü girdileri uygulanır. Bu girdi değerleri dönüölçerin ölçüm aralığı dikkate alınarak yapılmaktadır. Dönü testleri sonucunda dönüölçerler için orantı katsayısı, açı kaymaları değerleri ve hataları hesaplanır. Sıfır girdi uygulayarak ise sabit kayma değerleri hesaplanır. Hesaplanan bu katsayılar ile ölçerlere ait kalibrasyon matrisi oluşturulur. Bu matris AÖB veya seyrüsefer yazılımlarına girdi olmaktadır. Bu testlerin ardından ayrıntılı olarak farklı sıcaklıklarda kalibrasyon testleri tekrar edilebilir. Böylelikle parametrelerin sıcaklığa bağlı olarak değişimi ve tekrarlanabilirliği test edilir. Uygulamalar Fiber optik, lazer yapılı, titreşen yapılı ve MEMs yapılı dönüölçerlere bu testler uygulanabilir. Gerekli Örnek Özellikleri ve Örnek Teslim Şartları Test edilecek dönüölçerlerin test edileceği uygun cihaz seçildikten sonra uygun test düzeneğinin kurulması gerekmektedir. Bu test düzeneği, ölçerin cihazın içine yerleşimini sağlayacak mekanik arayüzü, ölçer verilerinin bilgisayara slipringler üzerinden veya başka bir yolla aktarılmasını sağlayacak elektriksel arayüzü ve/veya gerekli yazılımı içermektedir. Gerekli test düzeneği kurulduktan sonra ölçere uygun test planı hazırlanıp ölçümler yapılır. Yapılan testler Test Sonuç Raporu ile raporlanmaktadır. 52 Allan Variance Tests Data should be taken for long time (for hours) without giving input to the gyroscope. Allan variance is the average of the variance of adjacent pairs of elements in a contiguous time series of data versus the averaging time used to generate the elements. Allan variance results are related to basic sensor noise terms given below: • quantization noise • angle random walk • bias instability • rate ramp. Allan variance tests are performed by using indexing table (or dividing head), two axis position/rate table, three axis motion simulator. Calibration Tests Each gyroscope is calibrated separately by these tests. Calibration tests can be performed by using two axis position / rate table or three axis motion simulator Highly sensitive rate inputs can be given to the gyroscope using these equipments. Measurement range of the gyroscopes has been considered for the test inputs. Gyroscopes scale factor, misalignments and errors can be calculated as a result of rate inputs in all measurement range of gyroscope. Bias value is calculated by precision positioning of gyroscopes. Gyroscope calibration matrix is constituted with this calculated parameters and this matrix can be used during navigation process and IMU software. Calibration tests can be repeated to find the temperature dependence of the calibration parameters. Applications These tests can be applied to fiber-optic, laser and MEMs (Micro-Electro-Mechanical Systems) and vibrating types of gyroscopes. Sample Requirements Suitable test setup for gyroscope testing should be selected and configured. This test setup mainly includes sensor mounting fixture, software and electronic equipment required to operate gyroscope and measure its output. After the test setup is complete, test plan is prepared and the results of all measurements are reported. 53 5.3. Ataletsel Ölçüm Birimi (AÖB) Testi Uygulamalar Bu testler güdüm kontrol, seyrüsefer sistemlerinde 5.3. Inertial Measurement Unit (IMU) Tests kullanılan AÖB’lere uygulanabilir. IMUs can be tested in detail which is necessary Ataletsel seyrüsefer başarımını arttırmak için tasarım aşamasında AÖB’ lerle ayrıntılı testler yapılır. Gerekli Örnek Özellikleri ve Örnek Teslim Şartları during the design and development stage of Öncelikle Allan Varyans testleri yapılarak ölçerlerin Test edilecek Ataletsel Ölçüm Biriminin test navigation systems. At first, Allan Variance genel başarımı incelenir. Daha sonra her dönüölçer edileceği uygun cihaz seçildikten sonra uygun tests are performed and investigated for ve ivmeölçere ait parametrelerin hesaplanması için test düzeneğinin kurulması gerekmektedir. Bu understanding general performance of sensors. kalibrasyon testleri yapılır. test düzeneği, AÖB’nin cihazın içine yerleşimini Later, accelerometers and gyroscopes calibration sağlayacak mekanik arayüzü, ölçer verilerinin parameters are found with the calibration tests. Allan Varyans Testleri bilgisayara slipringler üzerinden veya başka bir yolla Bu testler durağan durumdaki ivmeölçerler ve aktarılmasını sağlayacak elektriksel arayüzü ve/veya dönüölçerlerden, uzun süreli ( saatler seviyesinde) gerekli yazılımı içermektedir. Gerekli test düzeneği veri alınarak gerçekleştirilmektedir. Alınan bu ölçer kurulduktan sonra ölçere uygun test planı hazırlanıp verilerinin grup ortalamalarının farklarına dayalı ölçümler yapılır. Yapılan testler Test Sonuç Raporu işlem sonucunda çizilen grafikten, gürültü kaynaklı ile raporlanmaktadır. değişik hatalar hesaplanır. Hesaplanan hatalar şunlardır: Allan Variance Tests Data should be taken for long time (for hours) without giving input to the IMU. Allan variance is the average of the variance of adjacent pairs of elements in a contiguous time series of data versus the averaging time used to generate the elements. Allan variance results are related to basic sensor noise terms given below: • nicemleme gürültüsü • quantization noise • açı rasgele yürüme • angle random walk • sabit kayma kararsızlığı • bias instability • hız rasgele yürüme • rate random walk • uzun süre gürültüsü. • rate ramp. Sample Requirements Suitable test setup for testing IMU should be Kalibrasyon Testleri Calibration Tests selected and configured. This test setup mainly Bu testlerle AÖB içinde kullanılan ölçerlerin hata Error models of inertial sensors used in IMU are includes IMU mounting fixture, software and modelleri oluşturulur. Her AÖB üretildikten sonra calculated with calibration tests. Each IMU is electronic equipment required to operate IMU and ayrı ayrı kalibrasyon testlerine girer. Kalibrasyon calibrated separately. Calibration tests can be measure its sensors output. After the test setup testleri üç eksenli hareket benzetimci veya iki performed by using two axes position/rate table is complete, test plan will be prepared and all eksenli hareket üreteci kullanılarak AÖB’ye yüksek or three axes motion simulator. Highly sensitive measurements results will be reported. hassasiyetli ivme ve dönü girdileri uygulanarak rate and acceleration inputs can be given to yapılır. the IMUs using these equipments. As a result of position tests, bias, scale factor and misalignments Konum testleri sonucunda ivmeölçerler için sabit kayma, orantı katsayısı ve açı kaymaları değerleri; dönüölçerler için ise sabit kayma değerleri bulunur. Dönü testleri sonucunda dönüölçerlerin orantı of accelerometer and bias of gyroscopes are calculated. Gyroscope and accelerometer calibration matrix are constituted with these calculated parameters and this matrix can be used during navigation process and IMU software. katsayıları ve açı kaymaları hesaplanır. Hesaplanan Calibration tests can be repeated to find the bu katsayılar ile ölçerlere ait parametreleri içeren kalibrasyon matrisi oluşturulur. Bu matris AÖB veya temperature dependence of the calibration parameters. seyrüsefer yazılımlarına girdi olmaktadır. Bu testlerin ardından ayrıntılı olarak farklı sıcaklıklarda kalibrasyon testleri tekrar edilebilir. Böylelikle parametrelerin sıcaklığa bağlı olarak Applications These tests can be applied to IMUs used for navigation and guidance control systems. değişimi ve tekrarlanabilirliği test edilir. 54 55