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