抗高过载微惯性测量单元设计与分析
发布时间：2021-06-26 18:39
随着半导体技术的发展,MEMS（微机电系统）在民用和军用领域都具有广泛的应用。在MEMS的军事应用中,惯性导航是一个重要的研究方向。基于MEMS技术的惯性导航系统具有的组合定位精度高、体积小、抗恶劣环境能力强、成本低等优点,符合传统弹药制导化的发展需求。本文研究设计了一款适用于高过载冲击应用环境下的微惯性测量单元。根据项目需求进行了微惯性测量单元的总体方案设计。按照设计方案,选择国内研究所自研的MEMS惯性传感器并设计应用电路,实现惯性测量功能。依照惯性测量原理,选择高强度金属设计支撑结构,实现MEMS惯性传感器测量轴的正交装配,保证在高过载环境下结构的可靠性。选择聚氨酯发泡作为抗高过载保护的缓冲材料,保护高过载冲击环境下的电子器件。分别对机械结构以及灌封后的整体组件进行ANSYS有限元分析。仿真结果对微惯性测量单元的抗高过载防护设计提供了理论依据。选择ARM微处理器并设计相应的主控电路,实现微惯性测量单元的数据处理与通信功能。利用图形编程软件LabView设计上位机数据采集软件,实现了对微惯性测量单元的数据通信以及储存功能,完成微惯性测量单元的标定。分析误差原理,建立微惯性测量单元测...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.2 国内外研究及发展现状
1.2.1 MEMS技术国内外研究状况
1.2.2 MEMS技术在制导武器中应用
1.3 惯性导航工作原理
1.4 本文主要研究内容
2 微惯性测量单元总体设计
2.1 微惯性测量单元设计要求
2.2 微惯性测量单元方案设计
2.2.1 惯性测量功能实现
2.2.2 抗高过载防护方案
2.2.3 标定与误差补偿
2.3 本章小结
3 惯性测量模块设计
3.1 MEMS惯性传感器选择及电路设计
3.1.1 MEMS陀螺仪的选择及电路设计
3.1.2 MEMS加速度计的选择及电路设计
3.2 微惯性测量单元结构设计
3.2.1 微惯性测量模块支撑结构设计
3.2.2 微惯性测量单元结构设计
3.3 抗高过载防护设计
3.4 本章小结
4 抗高过载有限元仿真
4.1 有限元仿真理论分析
4.1.1 LS-DYNA程序
4.1.2 动力学求解分析
4.2 刚性防护下仿真模型建立与分析
4.2.1 有限元模型建立
4.2.2 施加载荷边界条件
4.2.3 仿真结果分析
4.3 柔性防护下仿真模型建立与分析
4.3.1 有限元模型建立
4.3.2 施加载荷边界条件
4.3.3 仿真结果分析
4.4 本章小结
5 数据采集与处理系统设计
5.1 系统硬件设计
5.1.1 数据采集与处理
5.1.2 数据传输
5.1.3 LDO供电模块
5.2 软件系统设计
5.2.1 数据采集SPI通信
5.2.2 数据处理
5.2.3 数据发送RS422通信
5.3 采集软件系统设计
5.3.1 采集程序前面板设计
5.3.2 上位机数据采集软件主程序设计
5.3.3 上位机数据采集软件运行验证
5.4 本章小结
6 系统标定与过载冲击试验
6.1 微惯性测量单元分立标定
6.1.1 MEMS加速度计组标定
6.1.2 MEMS陀螺仪组标定
6.2 微惯性测量单元误差分析
6.2.1 零偏误差
6.2.2 标度因数误差
6.2.3 正交误差
6.2.4 g敏感性误差
6.2.5 温度误差
6.3 微惯性测量单元的非正交误差补偿
6.3.1 MEMS加速度计的非正交误差补偿
6.3.2 MEMS陀螺仪的非正交误差补偿
6.4 过载冲击试验
6.4.1 空气炮的发展与应用
6.4.2 空气炮试验
6.4.3 空气炮过载冲击试验分析
6.5 本章小结
7 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚氨酯灌封技术在弹体灌封中的应用[J]. 许磊. 电子工艺技术. 2016(02)
[2]微机电陀螺的现状与发展趋势[J]. 周鑫,肖定邦,吴学忠. 国防科技. 2015(04)
[3]功率型LED封装用有机硅材料的研究进展[J]. 李冰. 应用化工. 2015(08)
[4]浅析北斗卫星导航系统在军事领域的应用[J]. 王昊,孙思远. 科技创新与应用. 2015(02)
[5]基于LS-DYNA的高冲击下聚氨酯灌封电路应力分析[J]. 郑超,张亚,郭佩宏. 机电技术. 2014(05)
[6]基于FPGA的高速导航解算硬件实现[J]. 沈继睿,郑永安,史忠科. 电子设计工程. 2014(11)
[7]惯性器件建模对GPS失锁段导航精度的影响[J]. 李明阳,李四海. 计算机技术与发展. 2014(07)
[8]基于单片机和LabVIEW的多路数据采集系统设计[J]. 李红刚,张素萍. 国外电子测量技术. 2014(04)
[9]低成本MEMS惯性测量单元设计[J]. 潘大夫. 四川兵工学报. 2013(08)
[10]制导弹药用微惯性测量单元结构设计[J]. 李杰,刘俊. 兵工学报. 2013(06)
硕士论文
[1]基于介观压光效应的微机械陀螺设计与研究[D]. 朱京.中北大学 2015
[2]弹载小型抗高过载微惯性测量系统设计[D]. 胡陈君.中北大学 2015
[3]引信灌封电路板和典型器件的抗冲击性能研究[D]. 郑超.中北大学 2015
[4]弹上加速度数据检测与处理系统设计[D]. 张辉.南京理工大学 2014
[5]高过载宽脉冲空气击锤设计及试验技术研究[D]. 门士滢.南京理工大学 2014
[6]基于微机械加速度计的无陀螺捷联惯性技术研究[D]. 夏秀玮.哈尔滨工程大学 2014
[7]信息化战争背景下高校国防教育教学研究[D]. 蔡斌.厦门大学 2013
[8]聚氨酯导热灌封胶的制备及性能研究[D]. 安佳丽.合肥工业大学 2013
[9]MEMS电容式加速度传感器检测电路研究[D]. 刘冬.西安电子科技大学 2010
[10]高g值冲击测试关键技术研究[D]. 景鹏.中北大学 2009
本文编号：3251868
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.2 国内外研究及发展现状
1.2.1 MEMS技术国内外研究状况
1.2.2 MEMS技术在制导武器中应用
1.3 惯性导航工作原理
1.4 本文主要研究内容
2 微惯性测量单元总体设计
2.1 微惯性测量单元设计要求
2.2 微惯性测量单元方案设计
2.2.1 惯性测量功能实现
2.2.2 抗高过载防护方案
2.2.3 标定与误差补偿
2.3 本章小结
3 惯性测量模块设计
3.1 MEMS惯性传感器选择及电路设计
3.1.1 MEMS陀螺仪的选择及电路设计
3.1.2 MEMS加速度计的选择及电路设计
3.2 微惯性测量单元结构设计
3.2.1 微惯性测量模块支撑结构设计
3.2.2 微惯性测量单元结构设计
3.3 抗高过载防护设计
3.4 本章小结
4 抗高过载有限元仿真
4.1 有限元仿真理论分析
4.1.1 LS-DYNA程序
4.1.2 动力学求解分析
4.2 刚性防护下仿真模型建立与分析
4.2.1 有限元模型建立
4.2.2 施加载荷边界条件
4.2.3 仿真结果分析
4.3 柔性防护下仿真模型建立与分析
4.3.1 有限元模型建立
4.3.2 施加载荷边界条件
4.3.3 仿真结果分析
4.4 本章小结
5 数据采集与处理系统设计
5.1 系统硬件设计
5.1.1 数据采集与处理
5.1.2 数据传输
5.1.3 LDO供电模块
5.2 软件系统设计
5.2.1 数据采集SPI通信
5.2.2 数据处理
5.2.3 数据发送RS422通信
5.3 采集软件系统设计
5.3.1 采集程序前面板设计
5.3.2 上位机数据采集软件主程序设计
5.3.3 上位机数据采集软件运行验证
5.4 本章小结
6 系统标定与过载冲击试验
6.1 微惯性测量单元分立标定
6.1.1 MEMS加速度计组标定
6.1.2 MEMS陀螺仪组标定
6.2 微惯性测量单元误差分析
6.2.1 零偏误差
6.2.2 标度因数误差
6.2.3 正交误差
6.2.4 g敏感性误差
6.2.5 温度误差
6.3 微惯性测量单元的非正交误差补偿
6.3.1 MEMS加速度计的非正交误差补偿
6.3.2 MEMS陀螺仪的非正交误差补偿
6.4 过载冲击试验
6.4.1 空气炮的发展与应用
6.4.2 空气炮试验
6.4.3 空气炮过载冲击试验分析
6.5 本章小结
7 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚氨酯灌封技术在弹体灌封中的应用[J]. 许磊. 电子工艺技术. 2016(02)
[2]微机电陀螺的现状与发展趋势[J]. 周鑫,肖定邦,吴学忠. 国防科技. 2015(04)
[3]功率型LED封装用有机硅材料的研究进展[J]. 李冰. 应用化工. 2015(08)
[4]浅析北斗卫星导航系统在军事领域的应用[J]. 王昊,孙思远. 科技创新与应用. 2015(02)
[5]基于LS-DYNA的高冲击下聚氨酯灌封电路应力分析[J]. 郑超,张亚,郭佩宏. 机电技术. 2014(05)
[6]基于FPGA的高速导航解算硬件实现[J]. 沈继睿,郑永安,史忠科. 电子设计工程. 2014(11)
[7]惯性器件建模对GPS失锁段导航精度的影响[J]. 李明阳,李四海. 计算机技术与发展. 2014(07)
[8]基于单片机和LabVIEW的多路数据采集系统设计[J]. 李红刚,张素萍. 国外电子测量技术. 2014(04)
[9]低成本MEMS惯性测量单元设计[J]. 潘大夫. 四川兵工学报. 2013(08)
[10]制导弹药用微惯性测量单元结构设计[J]. 李杰,刘俊. 兵工学报. 2013(06)
硕士论文
[1]基于介观压光效应的微机械陀螺设计与研究[D]. 朱京.中北大学 2015
[2]弹载小型抗高过载微惯性测量系统设计[D]. 胡陈君.中北大学 2015
[3]引信灌封电路板和典型器件的抗冲击性能研究[D]. 郑超.中北大学 2015
[4]弹上加速度数据检测与处理系统设计[D]. 张辉.南京理工大学 2014
[5]高过载宽脉冲空气击锤设计及试验技术研究[D]. 门士滢.南京理工大学 2014
[6]基于微机械加速度计的无陀螺捷联惯性技术研究[D]. 夏秀玮.哈尔滨工程大学 2014
[7]信息化战争背景下高校国防教育教学研究[D]. 蔡斌.厦门大学 2013
[8]聚氨酯导热灌封胶的制备及性能研究[D]. 安佳丽.合肥工业大学 2013
[9]MEMS电容式加速度传感器检测电路研究[D]. 刘冬.西安电子科技大学 2010
[10]高g值冲击测试关键技术研究[D]. 景鹏.中北大学 2009
本文编号：3251868
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