栅结构微机械陀螺高稳定性信号处理架构和系统降功耗研究
发布时间：2022-01-07 01:25
微机械陀螺是一种测量物体角速度或角位移的惯性传感器。经过几十年的发展,通过对器件结构、处理电路以及控制算法等方面相关技术的不断推进,微机械陀螺的性能指标在不断提升,系统集成度也越来越高。本论文的研究内容主要分为两个方面,一是对陀螺系统高稳定性信号处理架构和控制算法进行研究,二是针对工程应用背景,对系统降功耗方案进行研究。本论文在课题组已有的研究基础上,所做的主要工作和贡献概括如下:1)双边带解调算法（Double side band,DSB）和单边带解调算法（Single side band,SSB）是目前广泛应用于微机械陀螺电容电压转换（Capacitance voltage conversion,C/V）接口电路中的两种信号解调算法。本文在具体的微机械陀螺控制环路中,对分别基于两种解调算法的信号处理架构进行了理论分析,总结了两种解调算法各自的优越性和局限性,更进一步地揭示出了陀螺驱动模态C/V电路的相位波动对于检测输出端的影响,并通过Simulink建立两种信号处理架构的仿真模型验证了理论推导的正确性。在此基础上,提出了一种将两种电容信号解调算法相结合的高稳定性控制方案（D&...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１德国ＬＩＴＥＦ?ＧｍｂＨ公司的陀螺结构及性能指标??
?ｔ〇ｅ?，〇’?ｔｏ？?ｔｏ５?？〇＊?１０ｓ?ｉ〇＊??１?ＤｅｔｅｃｔｓｏｎＭｏｄｅ?ａ?ＣｉｏａｓｅｒＴｉｍｅＴ?抝??图１．１德国ＬＩＴＥＦ?ＧｍｂＨ公司的陀螺结构及性能指标??美国佐治亚理工大学于２００８年报道了一种高稳定性的微机械陀螺系统Ｐ］，其零??偏稳定性优于０．１?°／ｈ。陀螺结构及外围处理电路如图１．２所示，陀螺器件采用双质量??块音叉式结构，除常规的驱动电极和检测电极外，还配有正交误差抑制电极以及调谐??结构。该陀螺驱动模态采用ＰＬＬ加ＡＧＣ闭环控制，检测模态采用开环检测，此外还??运用了模态匹配技术以提高系统的检测灵敏度。陀螺系统测试环境为真空，２５?°Ｃ下??性能测试结果达到零偏稳定性０．１５?°／ｈ，角度随机游走０．００７?°／Ｗｈ。其性能指标随温度??降低而提高，５?°Ｃ下测试结果为，零偏稳定性０．０９?°／ｈ，角度随机游走０．００５?°／Ｖｈ，系??统带宽小于１０?Ｈｚ。??／???
图１．３德国ＢＯＳＣＨ公司的微机械陀螺结构及性能指标??土耳其的ＭＥＴＵ－ＭＥＭＳ研究与应用中心２０１５年报道了一种能够实时进行模态匹??配的高稳定性微机械陀螺系统［９］。如图１．４所示，陀螺釆用单质量块全解耦式结构，??真空封装，品质因子高达９３００，通过使用刚性桁架将差分检测电梗相连来抑制由于??驱动模态振动引起的检测模态的二倍频振动［１０］，通过静电调谐技术实现模态匹配，??处理电路采用基于Ｃ０ＭＳ工艺的ＡＳＩＣ芯片。室温下性能测试结果表明：模态匹配情??况下零偏稳定性达到０．８４?°／ｈ，角度随机游走达到０．００６５?°／Ｖｈ，和模态分离２５０?Ｈｚ时??相比分别改善了?１．５倍和６倍。??Ｍｏｖａｂｌｅ?Ｄｒｉｖｅ?代?Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ?ｗ??Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ?＇Ｔ?＾?＾Ｔ?裳Ｓｔ?仙，??馨舊??卜ａ?＿、＇、．’、一一??Ｒｉｇｉｄ－ｔｒｕｓｓｅｓ?ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ＾＾＾ｎ＾＾＾＾＾＾＾?Ｊｆ?、‘??ｔｗｏｓｅｎｓｅ＾ｌｅｄｒｏｄｅｓ?Ｘ?Ｓｅｎｓｅ＊Ｙ，?０ｒｉｖｃ?＃＊？＊５?战?５，?：?ｔ（ｓｃｃ）?ｗ?；５Ｃ?脚??图１．４?土耳其ＭＥＴＵ－ＭＥＭＳ研究与应用中心报道的陀螺结构及性能指标??２０１５年，美国Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ?Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ公司报道了一种能够精确寻北的惯性传感??器组件［１１］，该惯组包含三个音叉式结构的微机械陀螺和三个加速度计。如图１．５所??示
【参考文献】：
期刊论文
[1]MEMS微陀螺仪研究进展[J]. 成宇翔,张卫平,陈文元,崔峰,刘武,吴校生. 微纳电子技术. 2011(05)
[2]基于SOPC的单轴陀螺驱动环路设计[J]. 周文闻,张嵘,周斌,陈志勇. 中国惯性技术学报. 2009(01)
[3]微机械陀螺数字读出系统及其解调算法[J]. 周斌,高钟毓,陈怀,张嵘,陈志勇. 清华大学学报(自然科学版). 2004(05)
博士论文
[1]栅结构微机械陀螺的高精度高稳定性研究[D]. 马威.浙江大学 2017
[2]线性调谐微机械陀螺驱动和检测技术的研究[D]. 朱辉杰.浙江大学 2014
[3]可调谐栅结构微机械陀螺的研究[D]. 胡世昌.浙江大学 2013
[4]基于新型梳状栅电容结构的微机械惯性传感器研究[D]. 郑旭东.浙江大学 2009
本文编号：3573532
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１德国ＬＩＴＥＦ?ＧｍｂＨ公司的陀螺结构及性能指标??
?ｔ〇ｅ?，〇’?ｔｏ？?ｔｏ５?？〇＊?１０ｓ?ｉ〇＊??１?ＤｅｔｅｃｔｓｏｎＭｏｄｅ?ａ?ＣｉｏａｓｅｒＴｉｍｅＴ?抝??图１．１德国ＬＩＴＥＦ?ＧｍｂＨ公司的陀螺结构及性能指标??美国佐治亚理工大学于２００８年报道了一种高稳定性的微机械陀螺系统Ｐ］，其零??偏稳定性优于０．１?°／ｈ。陀螺结构及外围处理电路如图１．２所示，陀螺器件采用双质量??块音叉式结构，除常规的驱动电极和检测电极外，还配有正交误差抑制电极以及调谐??结构。该陀螺驱动模态采用ＰＬＬ加ＡＧＣ闭环控制，检测模态采用开环检测，此外还??运用了模态匹配技术以提高系统的检测灵敏度。陀螺系统测试环境为真空，２５?°Ｃ下??性能测试结果达到零偏稳定性０．１５?°／ｈ，角度随机游走０．００７?°／Ｗｈ。其性能指标随温度??降低而提高，５?°Ｃ下测试结果为，零偏稳定性０．０９?°／ｈ，角度随机游走０．００５?°／Ｖｈ，系??统带宽小于１０?Ｈｚ。??／???
图１．３德国ＢＯＳＣＨ公司的微机械陀螺结构及性能指标??土耳其的ＭＥＴＵ－ＭＥＭＳ研究与应用中心２０１５年报道了一种能够实时进行模态匹??配的高稳定性微机械陀螺系统［９］。如图１．４所示，陀螺釆用单质量块全解耦式结构，??真空封装，品质因子高达９３００，通过使用刚性桁架将差分检测电梗相连来抑制由于??驱动模态振动引起的检测模态的二倍频振动［１０］，通过静电调谐技术实现模态匹配，??处理电路采用基于Ｃ０ＭＳ工艺的ＡＳＩＣ芯片。室温下性能测试结果表明：模态匹配情??况下零偏稳定性达到０．８４?°／ｈ，角度随机游走达到０．００６５?°／Ｖｈ，和模态分离２５０?Ｈｚ时??相比分别改善了?１．５倍和６倍。??Ｍｏｖａｂｌｅ?Ｄｒｉｖｅ?代?Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ?ｗ??Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ?＇Ｔ?＾?＾Ｔ?裳Ｓｔ?仙，??馨舊??卜ａ?＿、＇、．’、一一??Ｒｉｇｉｄ－ｔｒｕｓｓｅｓ?ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ＾＾＾ｎ＾＾＾＾＾＾＾?Ｊｆ?、‘??ｔｗｏｓｅｎｓｅ＾ｌｅｄｒｏｄｅｓ?Ｘ?Ｓｅｎｓｅ＊Ｙ，?０ｒｉｖｃ?＃＊？＊５?战?５，?：?ｔ（ｓｃｃ）?ｗ?；５Ｃ?脚??图１．４?土耳其ＭＥＴＵ－ＭＥＭＳ研究与应用中心报道的陀螺结构及性能指标??２０１５年，美国Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ?Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ公司报道了一种能够精确寻北的惯性传感??器组件［１１］，该惯组包含三个音叉式结构的微机械陀螺和三个加速度计。如图１．５所??示
【参考文献】：
期刊论文
[1]MEMS微陀螺仪研究进展[J]. 成宇翔,张卫平,陈文元,崔峰,刘武,吴校生. 微纳电子技术. 2011(05)
[2]基于SOPC的单轴陀螺驱动环路设计[J]. 周文闻,张嵘,周斌,陈志勇. 中国惯性技术学报. 2009(01)
[3]微机械陀螺数字读出系统及其解调算法[J]. 周斌,高钟毓,陈怀,张嵘,陈志勇. 清华大学学报(自然科学版). 2004(05)
博士论文
[1]栅结构微机械陀螺的高精度高稳定性研究[D]. 马威.浙江大学 2017
[2]线性调谐微机械陀螺驱动和检测技术的研究[D]. 朱辉杰.浙江大学 2014
[3]可调谐栅结构微机械陀螺的研究[D]. 胡世昌.浙江大学 2013
[4]基于新型梳状栅电容结构的微机械惯性传感器研究[D]. 郑旭东.浙江大学 2009
本文编号：3573532
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/3573532.html
