音叉式石英微机械陀螺的驱动检测技术研究

发布时间：2017-04-27 17:09

  本文关键词：音叉式石英微机械陀螺的驱动检测技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 陀螺是导航、制导、稳定、瞄准等系统中必不可少的惯性测量器件。音叉式石英微陀螺是一种以双端音叉作为角速度敏感元件的振动式微机械陀螺,它具有体积小、功耗低、可靠性高等优点,在低精度惯性测量领域中有广泛的应用。该陀螺内部振动元件结构微小,振动幅值微弱,所以如何设计高性能的驱动检测电路已经成为微陀螺设计中需要解决的关键问题。 本文以音叉式石英微陀螺为研究对象,对微陀螺的驱动和检测系统设计进行了深入研究。主要内容概括如下: 1.通过频率响应分析,得出了微陀螺的带宽和灵敏度与音叉固有频率匹配系数之间的关系。增大驱动轴和敏感轴之间谐振频率的频差,可以增加微陀螺的带宽,但是降低了微陀螺的灵敏度,这为设计石英音叉结构参数时,确定驱动轴和敏感轴谐振频率提供了指导依据。 2.利用音叉的振动方程,对微陀螺进行建模和分析,总结了机械耦合和微陀螺各参数之间的相互关系。通过仿真发现机械耦合严重影响微陀螺的零点偏移、动态范围、灵敏度等各项性能指标。 3.设计了微陀螺谐振驱动控制系统,引入了自动增益控制环节,使驱动音叉振动幅值保持恒定,提高了微陀螺的测量线性度,增强了微陀螺的鲁棒性,并且详细介绍了驱动控制电路的实现方法。 4.介绍了相关检测技术的原理和优点,设计了基于相关检测技术的信号检测系统,并且详细介绍了信号检测电路的实现方法。 5.根据上述设计方法,制作了单轴石英速率陀螺仪样机,并在转台上对其性能进行了测试,结果为分辨率0.56°/s,刻度因子44.5mV/(°/s),线性度1.86%,零偏稳定度2.4°/s。
【关键词】：微机械陀螺 石英 音叉 角速率传感器 机械耦合 驱动 检测 自动增益控制 相关检测
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH703
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 微机械陀螺的发展11-15
• 1.1.1 微陀螺的发展概述11-12
• 1.1.2 微陀螺的分类12-14
• 1.1.3 微陀螺的应用14-15
• 1.2 石英微陀螺的发展概况与应用前景15-18
• 1.3 论文研究的内容、目的和意义18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 音叉式石英微陀螺的工作原理19-26
• 2.1 振动陀螺的一般原理19-23
• 2.1.1 科里奥利效应19-21
• 2.1.2 科氏振动陀螺原理21-23
• 2.2 音叉式石英微陀螺原理23-25
• 2.2.1 音叉式石英微陀螺工作原理23-24
• 2.2.2 音叉式石英微陀螺结构24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 音叉式石英微陀螺的性能分析26-34
• 3.1 角加速度的频率响应分析26-28
• 3.2 机械耦合误差分析28-33
• 3.2.1 理想微陀螺模型28-29
• 3.2.2 机械耦合影响下的非理想微陀螺模型29-31
• 3.2.3 机械耦合对微陀螺性能影响分析31-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第四章 石英微陀螺的驱动控制34-44
• 4.1 驱动控制的分析与设计34-35
• 4.1.1 直接驱动方式34
• 4.1.2 谐振驱动方式34-35
• 4.2 自动增益控制原理35-38
• 4.2.1 前馈自动增益控制36
• 4.2.2 反馈自动增益控制36-37
• 4.2.3 自动增益控制的性能分析37-38
• 4.3 石英微陀螺驱动控制的实现38-43
• 4.3.1 带通滤波器设计39-40
• 4.3.2 可变增益放大器40-41
• 4.3.3 峰值检波器设计41-42
• 4.3.4 驱动控制性能分析42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 音叉式石英微陀螺输出信号的检测44-59
• 5.1 输出信号检测方法综述44
• 5.2 压电换能器的等效电路和测量电路44-50
• 5.2.1 压电换能器的等效电路44-46
• 5.2.2 压电换能器的测量电路46-50
• 5.3 相关检测技术50-52
• 5.3.1 自相关检测50
• 5.3.2 互相关检测50-51
• 5.3.3 微陀螺输出信号的相关检测51-52
• 5.4 微陀螺输出信号检测的具体实现52-58
• 5.4.1 前置放大电路53
• 5.4.2 乘法电路53-55
• 5.4.3 移相电路55-56
• 5.4.4 低通滤波电路56-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第六章 音叉式石英微陀螺的测试59-64
• 6.1 测试系统介绍59-61
• 6.1.1 主要性能指标59-60
• 6.1.2 测试设备及测试条件60-61
• 6.1.3 测试方法61
• 6.2 测试结果与性能分析61-63
• 6.2.1 刻度因子与线性度测试61-62
• 6.2.2 零偏与零偏稳定性测试62-63
• 6.3 本章小结63-64
• 第七章 结论与展望64-65
• 7.1 全文总结64
• 7.2 工作展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-68
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文68

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 谢立强;基于剪应力检测的新型石英微陀螺关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 张尔东;音叉式石英微陀螺CMOS集成检测电路设计[D];哈尔滨理工大学;2010年

2 黄浩;石英陀螺闭环自激驱动ASIC芯片设计[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 刘超慧;嵌入式GPS/SINS组合导航技术研究[D];国防科学技术大学;2011年

4 王浩旭;石英微陀螺结构优化与制造工艺研究[D];国防科学技术大学;2009年

5 詹俊妮;MEMS INS/GPS组合导航系统设计[D];哈尔滨工程大学;2012年

  本文关键词：音叉式石英微机械陀螺的驱动检测技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：331029