陀螺测试
陀螺仪技术测试用题
测试用题，请勿“题字”。
用后收回。
谢谢！一、（20分）以下每题各有四个答案，选择正确的答案，每题5分。
(1) 设自由陀螺的角动量为H ，已知进动角速度ω，陀螺力矩为M，下列表示三者之间关系的表达式正确的是（ ） （A ）HM ω=⨯ ；（B ）M H ω=⨯； （C ）H M ω=⨯ ；（D ）M H ω=⨯(2) 采用伺服跟踪法进行单自由度陀螺测漂，转台轴沿当地垂线方向，地球自转角速度15/ie h ω=︒，当地纬度为30︒，测得转台转速为43.0210-⨯转/分，则陀螺漂移速度约为（传动比是1∶1）（ ） （A ）0.067/h ；（B ）0.55/h ；（C ）1.57/h ；（D ）（A ）、(B)、(C)均错； (3) 干涉式光纤陀螺光纤长1500m ，成环半径4cm ，光纤环法向角速度1.5/h Ω=︒，光波长为1580nm 。
则由Sagnac 效应引起的相位差近似为（ ）（A ）47.9510-⨯（） ；（B ）0.114（）；（C ）43.1410-⨯（）；（D ）(A)、(B)、(C)均错；(4) 动量矩定理的向量表达式为（ ） （A ）n b nb d R d RR dt dtω=+⨯ ；（B ）bib d HM H dtω=⨯+ ；（C ）b n nb d R d R R dt dt ω=+⨯；（D ）i oo d H M dt= 二、（10分）说明运动地理坐标系相对惯性空间旋转的原因，给出该旋转角速度在地理坐标系上的分量。
三、（20分）已知坐标系b b b ox y z （b 系）与n n n ox y z （n 系）初始时重合，b 系是n 系以转动顺序x y z →→，转角分别为α、β、γ得到的。
试：（1）求方向余弦矩阵nI C ，bn C 和nb C ；（2）写出b 系相对n 系的瞬时角速度在b 系上的投影表达式；（3）若向量ω在b 系中的表示为Tbx y z ωωωω⎡⎤=⎣⎦，求该向量在I I I ox y z 中的表示Iω和n n n ox y z 中的表示nω。
光纤陀螺术语及测试方法
光纤陀螺术语及测试方法光纤陀螺是一种利用光学原理来测量角速度和方向的仪器。
其优点包括精度高、响应速度快、稳定性好等，因此在惯性导航、航天航空、自动控制等领域得到了广泛的应用。
光纤陀螺的术语主要包括以下几个方面：1.动态误差：动态误差是指光纤陀螺在运动过程中由于各种因素导致的测量误差。
例如，由于光纤陀螺的光学元件和机械部件在运动时产生的振动、材料膨胀等原因，会导致测量结果的偏差。
2.静态误差：静态误差是指光纤陀螺在静止不动时由于各种因素导致的测量误差。
例如，由于光纤陀螺的温度变化、光学元件和机械部件的松动等原因，会导致测量结果的偏差。
3.小干扰误差：小干扰误差是指光纤陀螺在受到小幅度干扰时产生的测量误差。
例如，由于光纤陀螺的机械结构和光学元件的松动等原因，会导致测量结果的不稳定性。
4.归零误差：归零误差是指光纤陀螺在归零过程中产生的测量误差。
例如，由于光纤陀螺的光纤光路中存在的偏移、偏振和偏心等原因，会导致归零结果的不准确性。
5.偏置误差：偏置误差是指光纤陀螺在测量过程中产生的零点漂移。
光纤陀螺的偏置误差可能由于温度变化、机械部件磨损等原因引起。
除了以上术语之外，光纤陀螺的测试方法主要包括以下几种：1.静态测试：静态测试是指将光纤陀螺放置在静止的环境中，通过测量其输出信号来评估其静态误差。
常用的方法包括将光纤陀螺与参考陀螺或参考仪器进行比较，以确定其零点漂移等测量误差。
2.动态测试：动态测试是指将光纤陀螺安装在运动的平台上，通过测量其输出信号来评估其动态误差。
常用的方法包括将光纤陀螺与参考陀螺或参考仪器进行比较，以确定其响应速度、线性度等测量性能。
3.带宽测试：带宽测试是指通过改变输入信号的频率，测量光纤陀螺输出信号的变化，以确定其响应频率范围。
常用的方法包括使用正弦波信号作为输入信号，测量光纤陀螺输出信号的幅值和相位变化。
4.稳定性测试：稳定性测试是指通过长时间连续测量光纤陀螺输出信号的变化，以确定其稳定性和长期稳定性。
gjb 1232-1991 速率积分陀螺仪测试方法
gjb 1232-1991 速率积分陀螺仪测试方法
GJB 1232-1991是中国军用标准，全称为《速率积分陀螺仪测试方法》。
该标准规定了速率积分陀螺仪的测试方法，包括测试设备、测试条件、测试步骤和测试结果的处理等方面的要求。
对于陀螺仪的测试，主要包括以下步骤：
1.测试前准备：根据标准要求，准备好测试所需的设备，如陀螺仪、测试台
架、数据采集系统等。
2.静态性能测试：测试陀螺仪的零位、刻度因数、非线性等静态性能指标。
3.动态性能测试：测试陀螺仪的随机游走、标度因数稳定性、零位稳定性等
动态性能指标。
4.环境适应性测试：测试陀螺仪在不同温度、湿度等环境条件下的性能表现。
5.可靠性测试：对陀螺仪进行寿命试验、振动试验、冲击试验等可靠性测试，
以评估其可靠性。
根据GJB 1232-1991标准的要求，测试结果应该详细记录并进行数据处理。
测试报告应该包括测试设备、测试条件、测试步骤、测试结果和数据处理等方面的内容。
陀螺仪测试方法V1.0
测试效果图中的X、Y、Z线 条不会随着手机朝向的改变 而改变
测试各轴晃动时，将手机朝向变为左
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方位测试
侧横放，但不改变晃动方向（即XYZ 三轴随着手机的朝向变动而变动，非
绝对固定）
测试效果图中的X、Y、Z线 条不会随着手机朝向的改变 而改变
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测试各轴晃动时，将手机朝向变为右 侧横放，但不改变晃动方向（即XYZ 三轴随着手机的朝向变动而变动，非 绝对固定）
1.Z轴应为蓝线，若发现围绕 Z轴晃动时，出现的不是蓝 线，那就是问题； 2.晃动的越快，线条越密 集；晃动的越慢，线条越稀 疏； 3.晃动幅度越大，线条越高 度越大；晃动幅度越小，线 条高度越小； 4.在线条图的下方坐标值显 示处，Z坐标值会根据晃动幅 度和晃动速度计算出来，值 越大，表示晃动幅度和晃动 速快越快
备注
1.Y轴应为绿线，若发现围绕 X轴晃动时，出现的不是绿 线，那就是问题； 2.晃动的越快，线条越密 集；晃动的越慢，线条越稀 疏； 3.晃动幅度越大，线条越高 度越大；晃动幅度越小，线 条高度越小； 4.在线条图的下方坐标值显 示处，Y坐标值会根据晃动幅 度和晃动速度计算出来，值 越大，表示晃动幅度和晃动 速快越快
在线条图的下方坐标值显示处z坐标值会根据晃动幅度和晃动速度计算出来值越大表示晃动幅度和晃动速快越快测试各轴晃动时将手机朝向变为平放桌面但不改变晃动方向即xyz三轴随着手机的朝向变动而变动非绝对固定测试效果图中的xyz线条不会随着手机朝向的改变而改变原因
陀螺仪
注意事项：测试时请安装Z-DeviceTest，进入Gyroscope测试项测试。 该方法仅能测试陀螺仪是否有效，参数需要硬件测试核实
原因：陀螺仪仅关注晃动方 向，不会根据手机实际方向 改变
陀螺仪漂移及测试课件
陀螺仪测试中的注意事项
在进行陀螺仪测试时，应确保测试环 境干净整洁，避免灰尘、污垢等杂质 对测试结果造成影响。
在进行动态测试时，应遵循安全操作 规程，确保测试过程中的安全。
测试前应对陀螺仪进行充分的预热， 以确保其性能稳定。
对于高精度的陀螺仪，应采用高精度 的测试设备进行测试，以确保测试结 果的准确性。
陀螺仪的种类和用途
机械陀螺仪
微机械陀螺仪
利用旋转轴的定轴性，用于方向测量 和控制系统，如导弹、飞机、船舶等 导航系统。
利用微机械加工技术制造，具有低成 本、小型化、集成化等特点，用于消 费电子产品、智能穿戴设备等。
光学陀螺仪
利用光束的干涉效应，具有高精度、 抗电磁干扰等特点，用于高精度测量 和控制系统，如卫星定位系统、惯性 导航系统等。
CHAPTER
陀螺仪静态测试
01
02
陀螺仪静态测试是指将 陀螺仪置于静止状态下 进行测试，以评估其性能。
测试内容包括检查陀螺 仪的零点稳定性、分辨 率、噪声水平等。
03
静态测试通常在实验室 环境下进行，以确保测 试结果的准确性。
04
静态测试还可以用于评 估陀螺仪在不同温度和 湿度条件下的性能表现。
陀螺仪动态测试
01
02
03
04
陀螺仪动态测试是指在实际运 动状态下对陀螺仪进行测试， 以评估其在动态环境中的性能。
测试内容包括检查陀螺仪的动 态响应速度、抗干扰能力、稳
定性等。
动态测试通常在振动台、离心 机等设备上进行，以模拟实际
使用中的各种运动状态。
动态测试还可以用于评估陀螺 仪在不同运动状态下的性能表 现，如旋转、俯仰、滚动等。
CHAPTER
现代导航技术第八章(陀螺仪的测试、标定与补偿)
§8.1 陀螺仪误差测试的基本方法
2、陀螺仪误差测试的种类和方法 （2）速率传递试验 测试方法
在典型的测试中，速率转台的转动速率从零开始，逐级分成 一系列角速率值，同时记录每一级的数据。 旋转速度对于每一级设定的周期上保持常量，使得敏感器的 输出在记录前已处于稳定状态。 施加的角速率在最大和最小的期望值之间递增变化。
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§8.1 陀螺仪误差测试的基本方法
2、陀螺仪误差测试的种类和方法 （3）温度试验
如：全温范围 下的某型号光 纤陀螺标度因 数漂移特性
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§8.1 陀螺仪误差测试的基本方法
2、陀螺仪误差测试的种类和方法 （4）摇摆速率转台试验
此类试验的目的是确定陀螺仪及其相关电子控制电路对施加 于敏感器输入轴的振荡旋转的频率响应特性 测试设备与速率变换测试中所述的速率转台非常类似。 在该情况下，转台同样安装在合适的基座上以提供稳定性， 并施加各种预先设定频率的角运动。
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§8.1 陀螺仪误差测试的基本方法
2、陀螺仪误差测试的种类和方法 （7）冲击试验
试验的目的是测量陀螺仪对于施加的冲击 的响应，并确定该敏感器对于施加的极短 周期(一般为毫秒级)的加速度的恢复能力。 敏感器要安装到金属台上，并将该台从给 定的距离上落到一合适形状的铅块上。 在施加冲击过程中且同样在冲击后的一定 时间内记录输出信号。陀螺仪在冲击前后 漂移均值的对比能够表明该陀螺仪特性的 瞬态或永久性变化。
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§8.1 陀螺仪误差测试的基本方法
2、陀螺仪误差测试的种类和方法 （2）速率传递试验
输出角速率偏差（deg/s）
数据分析
与实际相比的输出偏差曲线
IFOG标度因数测试情况（10℃）
第6章-陀螺仪漂移及测试
陀螺仪的测试与标定
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§6.1 陀螺漂移的基本概念
一 自由陀螺的漂移 由于各种原因，在陀螺上往往作用有人们所不 希望的各种干扰力矩，在这些可能是很小的干扰力 矩的作用下，陀螺将产生进动，从而使角动量向量 慢慢偏离原来的方向，我们把这种现象称为陀螺的 漂移。把在干扰力矩作用下陀螺产生的进动角速度 称为陀螺的 陀螺漂移的数学模型
陀螺漂移的物理模型
ωd D0 D y a y Dz a z D yy a Dzz a
2 y 2 z
ax a ay az
Dxy a x a y D yz a y a z Dxz a x a z
一 伺服跟踪法的基本原理
双自由度陀螺的单轴转台测漂
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
二 伺服跟踪法的测速方法
d ey p
精确定位定向，即陀螺输入轴与转台轴平行，并且要使 转台在地理坐标系中精确定向。 精确地测出转台的转速。
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
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§6.5 陀螺漂移的数学模型
普遍采用的陀螺误差模型
ax a a y az
2 d D0 Dx a x D y a y Dz a z D yy a y Dzz a z2
Dxy a x a y D yz a y a z D xz a x a z (ip ) y
二 伺服跟踪法的测速方法
首先在一段时间间隔内，观测转台相对地球的转角，然后根 据地球自转角速度沿转台方向的分量通过计算求得在这段时 间内地球相对惯性空间的转角
陀螺仪与加速度计的测试目的与意义分解课件
制定统一的测试标准
制定和完善陀螺仪与加速度计的测试标准，确保测试结果的准确 性和可比性。
规范测试流程
制定详细的测试流程和操作规范，确保测试的一致性和可靠性。
建立认证体系
建立陀螺仪与加速度计的认证体系，对符合标准的测试机构进行认 证，提高测试质量。
测试领域的拓展
01
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拓展应用领域
随着技术的不断发展，陀 螺仪与加速度计的应用领 域将不断拓展，测试领域 也将随之扩大。
定制化测试服务
针对不同领域和不同需求， 提供定制化的陀螺仪与加 速度计测试服务，满足客 户的特殊需求。
跨界合作与创新
鼓励跨界合作与创新，推 动陀螺仪与加速度计测试 技术的发展，拓展新的应 用领域和市场。
THANK YOU
02
测试环节可以对陀螺仪与加速度 计的性能进行全面评估，确保产 品在实际使用中能够稳定、可靠 地工作。
保证测量精度
陀螺仪与加速度计作为重要的传感器，其测量精度直接影响到导航、控制、监测 等系统的性能。通过测试，可以确保产品的测量精度达到预期要求。
在测试过程中，可以对陀螺仪与加速度计的各项性能指标进行详细评估，如零点 漂移、灵敏度、线性度等，从而确保产品在实际使用中能够提供准确、可靠的测 量数据。
陀螺与加速度的 目的与意分解件
目 录
• 陀螺仪与加速度计的基本概念 • 陀螺仪与加速度计测试的目的 • 陀螺仪与加速度计测试的意义 • 陀螺仪与加速度计测试的挑战与解决方案 • 陀螺仪与加速度计测试的未来展望
contents
定义与工作原理
定义
陀螺仪和加速度计是两种常用的 惯性传感器，用于测量和保持方 向。陀螺仪可以测量旋转运动， 而加速度计可以测量线性运动。
陀螺仪漂移的测试原理及方法
系统级标定法
系统级标定拟合方法一般采用”静止-转动-静止”的运 动激励方式，惯性导航系统利用转动前的静止时间 对准。对准结束转入导航状态后系统开始转动，转 动停止时，记录导航结果。利用导航计算结果将转 动前后的比力测量转换到导航坐标系，作为比力观 测量。
确定四个位置与初始位置之间的坐标变换矩阵 令转台转动，输出四个位置上陀螺仪的脉冲累积 将以上四式相加，干扰量对消，即可得到零偏
分立标定法
角速度标定
利用转台给惯性系统输入一系列标称的角速度，并 于惯性系统的输出进行比较，根据惯性系统的误差 模型，即可确定出系统的标度因数和安装误差两类 误差系数。
一般有四\八\十二\二十四位置法等
分立标定法
零偏标定的实现
采用静态多位置法来实现惯性器件零偏的标定，该 方法利用转台提供精确的位置基准，使加速度计或 陀螺仪敏感不同的重力加速度或角速度分量，然后 利用每个位置上的静止采样结果计算惯性器件的参 数。
分立标定法
静态多位置标定
以陀螺仪的标定为例
标定测试
标定测试：对器件的性能参数诸如标度因数、零偏、 噪声与带宽、失准角、惯性导航系统单位时间的定 位误差、温度敏感性和模型非线性等都需要在生产 场所进行的测试，对要在导航任务中使用的模型参 数进行标定。
标定方法分类
器件标定
标定方法，可分为
分立标定法
系统级标定法
静态标定 动态标定
分立标定法
基本思想：在不同的激励信号作用下，各误 差源对观测量的影响不同，通过激励信号的 变化以改变各个误差参数的可观测性，使惯 性系统的误差参数得到分离。
陀螺仪检验方法
陀螺仪检验方法陀螺仪是一种广泛应用于航空航天、导航系统、惯性导航等领域的传感器，用于测量角速度和角度变化。
它的工作原理是通过感应旋转的力矩来检测物体的转动。
由于其在各个领域的重要性，对陀螺仪的准确性和可靠性的检验显得尤为重要。
下面我们将介绍一些常见的陀螺仪的检验方法。
1.环境温度测试：陀螺仪的性能受环境温度变化的影响较大，因此在检验之前需要对其在不同温度下的性能进行测试。
一种常见的方法是将陀螺仪放置在恒温箱中，通过逐步提高温度或降低温度来模拟不同的工作温度，然后对陀螺仪的输出进行监测和记录，以评估其温度稳定性和性能。
2.角速度精度测试：陀螺仪的主要功能是测量角速度，因此角速度精度是其最重要的指标之一。
通常采用基准陀螺仪或精密加速度计作为参考，将待检验陀螺仪与参考仪器同时连接在同一测试平台上，并进行角速度输入。
通过比较待检验陀螺仪和参考仪器的输出，计算其误差，来评估陀螺仪的角速度精度。
3.初始校准误差测试：陀螺仪的初始校准误差是指在其初始启动时由于制造或安装原因引起的误差。
为了准确测量角度变化，陀螺仪的初始校准非常重要。
常见的测试方法是将陀螺仪安装在一个可以自由转动的平台上，然后对其进行起动和停止操作，并记录其输出值。
通过分析输出值的变化，可以评估陀螺仪的初始校准误差。
4.动态性能测试：陀螺仪在实际应用中往往需要承受各种复杂的运动和振动，在这些情况下，其动态性能是一个关键指标。
常见的方法是将陀螺仪安装在机械臂或转台上，通过控制机械臂或转台的运动来产生特定的加速度和角速度输入，然后记录陀螺仪的输出。
通过分析输出和输入之间的差异，可以评估陀螺仪的动态性能。
5.稳定性和重复性测试：陀螺仪的稳定性和重复性是指其在多次测量中输出值的一致性。
为了测试陀螺仪的稳定性和重复性，常见的方法是对同一角度或角速度进行多次测量，并计算其平均值和标准偏差。
通过分析平均值和标准偏差的变化，可以评估陀螺仪的稳定性和重复性。
综上所述，陀螺仪的检验方法包括环境温度测试、角速度精度测试、初始校准误差测试、动态性能测试以及稳定性和重复性测试。
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陀螺的特点
可选配性 Keeper能与修正深度的Gamma/CCL测井设备连接。 一个装在工具外部的温度传感器用来确定固井数小时后 的水泥顶面。 高速 由于采用了最现代的陀螺技术，从直井段过渡到水 平段的整个过程中Keeper能以高达500英尺/分钟的线速 “飞一样”测量 陀螺导向 牢固的结构设计使Keeper能够用于随钻导向钻井 ，在获得连续的测量信息的同时而不会受到磁场干扰。 与SDI湿接头系统接在一起使用，Keeper陀螺导向系统使 用起来即快捷又可用于不同目的的测量。 质量保证和可靠性 作业前、作业后严格的质量检测以及作业过程中的 连续监控，使Keeper测量精度和性能保持最高标准。
关于陀螺
速率陀螺测斜仪: 由于速率陀螺是利用测量地球自转的矢度来直接 测量地理方位，因此不存在漂移问题，可以有效地 提高井眼轨迹测量结果的准确性，成为目前和今后 一段时间内测量井眼轨迹和开窗定向井轨迹的主要 手段。 KEEPER陀螺是当今世界最先进的陀螺之一，它是 美国Scientific Drilling公司生产的第三代自寻北 速率陀螺。具有自动寻北，测量速度快，精度高， 适用范围广，运行稳定等特点。可以用来定向及井 眼轨迹的测量。
工具
陀螺联接
Keeper陀螺运行模式及转换
自寻北模式、低角高速模式、高角高速模式。三个运行模 式分别使用陀螺探管中四个测量单元（两个陀螺，两个重力 加速度传感器）中其中三个测量单元组合。三种模式的操作 集成在同一程序中，只需根据测量要求选择测量方式，按照 流程提示进行测量及转换模式。 三种模式的运行范围及相互转换 自寻北模式:要求仪器杆垂直，井斜小于3度，并且保持静止 状态。如进行定向则陀螺只运行于该模式。 低角度高速模式:该模式下仪器可在井斜为0度－20度的范围 内测量，可在上提下放过程中连续测量。 高角度高速度模式:该模式运行在井斜大于20度的情况，并且 可在上提下放过程中连续测量。
KEEPER的优点
由于KEEPER采用了最先进的陀螺技术,在测量过 程中能以150米/分钟的线速“飞一样”的测量。同 样是5000米的井，与回转陀螺工具比较，这种高速 特性可以节约7个小时以上的钻机时间。 由于采用了几乎在垂直状态下就可以初始化的 先进技术，测量精度得到了极大的提高。
谢
Hale Waihona Puke 谢！单平台井数的增加、井距的减小 、地层的不均匀 、邻井水 泥环的影响 、钻井顺序不符合防碰原则 、现有的钻井技术不可能 将所有的直井段吊直为零，使井眼产生偏斜 、表层直井段没有数 据的丛式钻井 、小井距仪器的精度误差 、邻井套管、钻具本身等 对MWD的磁干扰，产生测量偏差 。
关于陀螺
目前，测量井眼轨迹的方法有两种。一种方法 是利用磁通门作为方位传感器，通过测量地球磁场 的方向来换算出地球的地理方位，从而确定井眼轨 迹的走向。另一种方法是利用陀螺作为方位传感器 来测量井眼轨迹。陀螺不受铁磁物质的影响，能够 在有磁干扰的情况下进行井眼轨迹（包括裸眼井） 的测量。国内主要使用如下两种陀螺测斜仪测量井 眼轨迹： 框架式陀螺测斜仪 速率陀螺测斜仪
陀螺的特点
KEEPER陀螺是以一种连续模式工作从直井段过渡到水 平井段的，并提供准确可靠的全井斜和全方位测量数据， 其中包括正东/正西、水平状态的测量数据多功能。 由于直径小，多样配置设计，使得Keeper可以在2寸大 小内径的钻杆/油管、套管、陡角泵送和管线测量。系统 的多功能性可以为有特殊要求测量提供解决方案。
陀螺测试
SZ36-1B
为什么要使用陀螺测量？
随着海上油田上千万吨的开始，为做到低投入、 高产出的高效生产，从节约成本考虑单平台井口密度 逐渐增加，由此带来的井眼防碰及磁干扰问题日益严 重，特别是表层碰撞的可能性越来越大。 使用陀螺仪进行相邻井的轨迹测量及定向，则是 目前解决这个问题的唯一方法。
密集型丛式井井眼发生碰撞及磁干扰因素