硅微振梁加速度计多路快速测频与在线温度补偿技术研究

发布时间：2020-04-29 13:06

【摘要】：硅微振梁加速度计精度高、体积小、直接输出频率量,在民用和军事领域均具有重要的应用价值和广阔的应用前景。本文面向硅微振梁加速度计及由其构成的MIMU的应用需求,研究多路快速频率测量技术,并针对加速度计的温度误差研究补偿方法,以实现NIMU对加速度参数的实时准确检测。全文主要内容如下:1.基于课题组自主研制的硅微振梁加速度计结构,阐述了硅微振梁加速度计的动力学模型与工作原理,比较了基于计数法的几种高精度频率测量方法,分析了测频误差来源。结合振梁加速度计实际应用需求,选取多周期同步法和八路移相时钟计数法实现本课题多路频率量测量。2.针对硅微振梁加速度计差分结构特点,基于VerilogHDL进行了多周期同步计数法和八路移相时钟计数法的测频算法设计,实现了双路同步测频和实时求差计算。针对系统级算法对数据更新速率的要求,在测频算法中设置了多种采样速率,实现对频率量的快速检测。对测频算法的原理分析表明,八路移相时钟计数法的最大测量误差较多周期同步法减小八倍,达到0.075mHz,但后者资源占用较少,实时性更好。3.基于FPGA设计了适用于MIMU三个轴向加速度检测的六路频率测量系统,完成了软硬件调试。实测对比了多周期同步法和八路移相时钟计数法的测频精度,实验结果表明八路移相时钟计数法明显优于多周期同步法,且平均测量误差达到了 0.03mHz,满足了加速度计对频率测量的要求。快速采样测试表明该方案在100Hz采样率下工作正常,测量误差符合预期。采用所研制的六路测频电路对三加速度计进行同步测试试验,验证了软硬件的正确性和有效性。4.根据硅微振梁加速度计的工作原理和材料特性,分析了温度对其谐振频率的影响,据此研究了一种利用加速度计谐振频率建模进行温度补偿的方法,并基于Verilog HDL完成了温度补偿算法设计。在常温下和全温范围内对加速度计零偏进行在线温度补偿试验,结果均表明该方法能够有效提高加速度检测的偏值稳定性,具有良好的工程应用前景。本文研究的硅微振梁加速度计多路快速频率检测电路和在线温度误差补偿方法,实现了 MIMU加速度参数的准确实时检测,为推进硅微振梁加速度计的工程应用研究奠定了良好的基础。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH824.4

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本文编号：2644606