趙博宏 孫蓉

1.中國空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽 471000；2.洛陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，河南洛陽 471000

一、引言

慣導(dǎo)系統(tǒng)是精確制導(dǎo)武器中不可或缺的重要組成部分，隨著技術(shù)的發(fā)展，光纖陀螺已開始應(yīng)用于現(xiàn)代慣導(dǎo)系統(tǒng)。相比較而言，光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)具有高可靠、長壽命、參數(shù)穩(wěn)定性好、性能不受啟動次數(shù)影響等特點(diǎn)，為慣性測量產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)長期免標(biāo)定、免維護(hù)創(chuàng)造了條件。但光纖陀螺也有不足之處，例如其對溫度等環(huán)境因素相對較敏感[1]。因此，對于光纖陀螺工作環(huán)境溫度的精確測量將變得至關(guān)重要，其測量結(jié)果將直接影響軟件補(bǔ)償?shù)膮?shù)值，并最終影響光纖陀螺的輸出。

實(shí)踐中一般需要對光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的測溫部件進(jìn)行專門的標(biāo)定，通過調(diào)整環(huán)節(jié)使其與基準(zhǔn)溫度源的誤差保持在一定的要求范圍內(nèi)。本文針對具體的測溫電路，通過對電路工作原理進(jìn)行分析，提出了一個采用高溫、常溫、低溫三個溫度點(diǎn)測試數(shù)據(jù)線性擬合的方法來進(jìn)行電路調(diào)試，將原本需要兩到三個高低溫循環(huán)連續(xù)測試才能完成的工作，在一個溫度循環(huán)內(nèi)完成。

二、測溫電路

1、測溫電路工作原理

溫度傳感器采用硅PNP三極管3CG160B，其安裝在光纖陀螺表面。3CG160B將敏感到的溫度信號轉(zhuǎn)換為電流信號，然后經(jīng)過檢測、調(diào)整環(huán)節(jié)變換成與特定溫度成一定關(guān)系的模擬電壓VT后送入電壓比較器作為比較電壓源。

CP方波信號輸入給可逆計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端，可逆計(jì)數(shù)器輸出頻率成1/2倍的階梯信號，該階梯信號通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓量VCP。該模擬電壓量VCP在電壓比較器中和與溫度相對應(yīng)的模擬電壓VT進(jìn)行比較。

當(dāng)電壓VCP低于電壓VT時(shí)，電壓比較器輸出高電平給可逆計(jì)數(shù)器，則加計(jì)數(shù)；當(dāng)電壓VCP高于電壓VT時(shí)，電壓比較器輸出低電平給可逆計(jì)數(shù)器，則減計(jì)數(shù)。當(dāng)兩電壓基本相等時(shí)，可逆計(jì)數(shù)器的加減計(jì)數(shù)端將在高位、低位間交替變化?？赡嬗?jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值也在相應(yīng)傳感器電壓值VT的小區(qū)間內(nèi)上下波動?？赡嬗?jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)代碼與傳感器的電壓相對應(yīng)，也與某一特定溫度相對應(yīng)。此時(shí)，將計(jì)數(shù)代碼放入寄存器中，只要有取溫度指令，則寄存器輸出計(jì)數(shù)代碼即可完成測溫過程。

2、檢測調(diào)整環(huán)節(jié)分析

前端檢測調(diào)整環(huán)節(jié)的電路圖如圖2所示。

運(yùn)放A的正、反相輸入端電勢分別為[2]：

式中：V+—運(yùn)放正相輸入端的電位；

V-—運(yùn)放反相輸入端的電位；

Veb—三極管發(fā)射結(jié)電壓；

VRE—參考電壓源電壓。

運(yùn)放A的輸出為：

代入（1）式和（2）式，則有：

對于硅PNP三極管3CG160B，電壓Veb隨著溫度的升高近似線形的下降，VRE為電壓源輸出，基本不隨溫度進(jìn)行變化，但不同的器件固定輸出會有一定的差別。R1、R3、R6為固定電阻，但不同的產(chǎn)品電阻值會有差別。由此可以看出，代表最終溫度值的電壓VT是由式（4）的右邊決定的，對于具體檢測調(diào)整電路，除電阻R5和R2外，其他的都是確定的數(shù)值，因此VT與Veb成線性關(guān)系，其中電阻R5調(diào)整測溫曲線的斜率，R2調(diào)整測溫曲線的截距。

這樣，只要調(diào)整電阻R5和R2就能使該檢測調(diào)整電路在全溫度范圍內(nèi)符合測試指標(biāo)的要求。

四、測溫電路調(diào)試方法改進(jìn)

一般測溫電路標(biāo)定方法采用多溫度點(diǎn)方法，需要間隔5℃～ 20℃進(jìn)行一個溫度點(diǎn)的溫度誤差測試，然后調(diào)整調(diào)試電阻縮小測溫誤差，不斷迭代，直到符合指標(biāo)要求。

改進(jìn)后的方法采用低溫（-45℃附近）、常溫（20℃附近）和高溫（+60℃附近）三個溫度點(diǎn)的測試數(shù)據(jù)，利用Excel軟件進(jìn)行線性擬合，然后與多溫度點(diǎn)的測試數(shù)據(jù)線性擬合結(jié)果進(jìn)行對比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果與電路理論分析結(jié)果一致，即該測溫電路的溫度特性為線性，且三溫度點(diǎn)測試數(shù)據(jù)擬合結(jié)果與多溫度點(diǎn)測試數(shù)據(jù)擬合結(jié)果基本一致。這樣，便可以采用三溫度點(diǎn)的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行電路調(diào)試的方法替代多溫度點(diǎn)測試的方法。

表1 三溫度點(diǎn)測試數(shù)據(jù)（測溫電路測量值以20℃為零溫度點(diǎn)）

表2 多溫度點(diǎn)測試數(shù)據(jù)（間隔5℃測試，測溫電路測量值以20℃為零溫度點(diǎn)）

將表1、表2數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel電子表格中以溫度基準(zhǔn)測量值為橫坐標(biāo)、溫度誤差為縱坐標(biāo)畫散點(diǎn)圖，結(jié)果如圖3所示。在散點(diǎn)圖上增加趨勢線，即溫度誤差的擬合曲線方程，結(jié)果如式（5）、（6）所示。

三溫度點(diǎn)溫度誤差擬合曲線方程為：

全溫度溫度誤差擬合曲線方程為：

由圖3及式（5）、式（6）對比發(fā)現(xiàn)，三溫度點(diǎn)測試數(shù)據(jù)和全溫度點(diǎn)測試數(shù)據(jù)擬合的曲線相似度非常高。因此，完全可以用三溫度點(diǎn)的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，然后依據(jù)電阻R5和R2對曲線斜率和截距的影響大小，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整即可。

五、結(jié)論

通過對測溫電路的計(jì)算分析，找到了測溫電路的溫度特性關(guān)系式。運(yùn)用三溫度點(diǎn)測試得到測試數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，結(jié)合調(diào)試電阻對擬合曲線的斜率和截距的影響關(guān)系調(diào)整調(diào)試電阻的大小，即可快速完成測溫電路的調(diào)試。