微机械陀螺自动化测试系统的设计

发布时间：2017-07-07 18:16

  本文关键词：微机械陀螺自动化测试系统的设计

  更多相关文章： 微机械陀螺 数据采集 安装误差补偿 温度补偿 测试方法

【摘要】：随着MEMS陀螺大规模量产,其成本越来越低,但是与陀螺性能相关的测试周期比较长,这使得陀螺的测试成本较高,从而增加了陀螺的相对成本,为MEMS陀螺的推广带来不便。为此本文设计了一套微机械陀螺自动化测试系统,提高了陀螺的测试效率,降低了测试成本。针对微机械陀螺批量测试的问题,设计了多路数据采集系统,采用FPGA作为系统的控制芯片,对64路微机械陀螺进行数据采集,并通过USB接口与上位机进行通信。针对批量微机械陀螺快速安装时引起的安装误差较大的问题,通过对陀螺标度因数和安装误差的解耦测试原理和陀螺坐标系三轴分别激励测试原理分析,设计了标度因数和安装误差角的测试方法,陀螺的安装误差角经过补偿后对标度因数和零偏测试的影响可以降到很小。针对标度因数温度系数和零偏温度系数传统测试方法的缺点,改进了测试方法,减小了温度测试间隔,提高了标度因数温度系数和零偏温度系数的准确性。虽然总的测试时间会增加,由于陀螺进行的是批量测试,陀螺相对测试成本也会降低。另外,通过对陀螺按余弦函数变化的转速进行周期内的互相关分析,设计了一种快速标定陀螺标度因数和零偏的方法,可以很大程度上缩短测试时间。针对不同温度下微机械陀螺的标度因数、零偏变化较大的问题,首先分析了多项式拟合、BP神经网络、灰色预测模型三种补偿算法的基本原理,然后利用补偿算法对标度因数、零偏进行了温度补偿,减小了温度变化对陀螺标度因数、零偏的影响。最后对微机械陀螺进行测试试验,通过对陀螺坐标系三轴分别指天测试结果与设计的两种测试方法的测试结果分析,验证了设计的测试方法的可行性;对于不同温度下标度因数和零偏测试结果,通过三种补偿算法进行补偿,取得了良好的补偿效果。
【关键词】：微机械陀螺 数据采集 安装误差补偿 温度补偿 测试方法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN96;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 微机械陀螺国内外的研究现状11-12
• 1.2.1 国外研究现状11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 国内外微机械陀螺测试设备的研究12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-15
• 第2章 微机械陀螺工作原理及分析15-24
• 2.1 哥氏加速度15-17
• 2.2 微机械陀螺的动力学特性17-20
• 2.2.1 开环模式17-20
• 2.2.2 闭环模式20
• 2.3 静电驱动20-21
• 2.4 电容检测21-22
• 2.5 陀螺测试中的影响因素分析22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 微机械陀螺的批量测试方法设计24-44
• 3.1 理论分析24-28
• 3.1.1 解耦测试原理分析24-27
• 3.1.2 陀螺坐标系三轴激励测试分析27-28
• 3.2 标度因数和安装误差的测试28-29
• 3.3 阈值的测试29-30
• 3.4 分辨率的测试30-31
• 3.5 标度因数温度系数和零偏温度系数的测试31-35
• 3.5.1 传统测试方法31
• 3.5.2 改进的测试方法31-32
• 3.5.3 快速标定方法及其分析32-34
• 3.5.4 存在的问题34-35
• 3.6 标度因数和零偏温度补偿算法35-43
• 3.6.1 最小二乘基本原理和多项式拟合35-37
• 3.6.2 BP神经网络算法37-41
• 3.6.3 灰色预测模型41-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第4章 微机械陀螺测试系统的软硬件设计44-58
• 4.1 数据采集系统的设计44-51
• 4.1.1 FPGA最小系统设计44-45
• 4.1.2 AD转换电路设计45-48
• 4.1.3 数据存储模块设计48
• 4.1.4 数据传输电路设计48-50
• 4.1.5 电源模块设计50-51
• 4.2 整个系统的PCB设计51-52
• 4.2.1 设计的注意事项51-52
• 4.2.2 PCB的设计52
• 4.3 FPGA程序设计52-57
• 4.3.1 锁相环设置52-53
• 4.3.2 AD接口模块程序设计53-54
• 4.3.3 FIFO模块设计54-55
• 4.3.4 数据存储模块设计55-56
• 4.3.5 USB接口模块设计56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 微机械陀螺的测试与分析58-85
• 5.1 标度因数和安装误差测试58-67
• 5.1.1 陀螺坐标系三轴分别激励测试58-63
• 5.1.2 标度因数测试方法一63-64
• 5.1.3 标度因数测试方法二64-66
• 5.1.4 测试结果分析66-67
• 5.2 标度因数和零偏温度测试67-84
• 5.2.1 不同温度下标度因数的测试67-68
• 5.2.2 不同温度下零偏的测试68-69
• 5.2.3 标度因数温度补偿69-78
• 5.2.4 零偏温度补偿78-82
• 5.2.5 实验结果分析82-84
• 5.3 本章小结84-85
• 结论85-86
• 参考文献86-90
• 致谢90

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本文编号：531296