MHD角速度传感器微弱信号低噪声提取方法研究
发布时间：2022-12-25 12:43
空间结构微角振动是限制对地观测系统空间分辨率和平台姿态稳定度的重要因素之一。与传统陀螺仪相比,磁流体动力学（Magnetohydrodynamic,MHD）角速度传感器兼具亚微弧度测量精度和千赫兹带宽的优点,尤其适用于空间结构微角振动的测量。由于MHD角速度传感器内部的敏感元件输出信号微弱,易受噪声干扰,为保证传感器的低噪声特性,本文针对传感器微弱信号低噪声提取方法进行了如下研究:首先,研究了MHD角速度传感器敏感元件模型的低噪声设计方法,在此基础上设计了一种使用有源分立器件并联方式的直接耦合放大电路,来改善放大电路的噪声性能。噪声测量实验表明该直接耦合放大电路的等效输入噪声为（?）量级。其次,提出了一种基于磁场调制的传感器微弱信号提取方法,解决直接耦合放大电路易受运算放大器1/f噪声和其它低频噪声干扰的问题,拟通过调制磁场实现MHD角速度传感器输出信号的幅度调制。最后,设计了MHD角速度传感器的磁场发生装置,用于生成交变磁场。设计了一种增益可自动调节的磁场驱动装置,解决了交变磁场幅值易受外界干扰不稳定问题,系统测试表明螺线管生成的磁场频率为10.6kHz,磁感应强度幅值有效值为16....
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 MHD角速度传感器及其微弱信号提取国内外研究现状
1.3 论文的主要内容
第2章 微弱信号低噪声提取方法研究
2.1 MHD角速度传感器工作原理
2.2 直接耦合方式的微弱信号提取方法
2.2.1 运算放大器噪声特性及低噪声设计理论
2.2.2 低噪声预处理电路设计
2.2.3 预处理电路噪声模型分析
2.2.4 预处理电路噪声特性测量分析
2.3 基于磁场调制的微弱信号提取方法研究
2.3.1 基于调制解调技术的噪声抑制研究
2.3.2 传感器磁场调制方法研究
2.4 本章小结
第3章 MHD角速度传感器交变磁场发生装置的设计
3.1 多层螺线管磁场的分析设计
3.2 螺线管磁芯材料的选择
3.2.1 磁材料的分类
3.2.2 磁芯磁导率的计算
3.3 螺线管绕组线圈的设计
3.3.1 导线承载电流计算
3.3.2 趋肤效应影响
3.4 螺线管模型建立及分析
3.4.1 螺线管线圈电感的设计分析
3.4.2 螺线管线圈电阻的测试
3.5 串联谐振电路的设计
3.6 本章小结
第4章 MHD角速度传感器交变磁场驱动装置的设计
4.1 精密振荡器的设计
4.1.1 压控波形发生芯片
4.1.2 状态变量型振荡器的设计
4.1.3 直接数字频率合成技术
4.2 增益受控放大电路的设计
4.2.1 可变增益放大器的设计
4.2.2 功率放大器的设计
4.3 控制电压形成电路的设计
4.3.1 探测线圈的设计
4.3.2 交流-直流转换电路设计
4.3.3 差动积分器的设计
4.4 本章小结
第5章 系统测试与分析
5.1 交变磁场发生器的调试
5.2 螺线管磁场测试与分析
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AD9854的信号源设计[J]. 王浩军. 舰船电子工程. 2018(09)
[2]MHD角速度传感器随机漂移误差补偿方法研究[J]. 李洪宇,徐亚东,吴腾飞,李醒飞,纪越. 传感技术学报. 2017(08)
[3]一种微弱光电信号调制解调电路设计研究[J]. 谌东,何林,陈树春,温强. 电子测量技术. 2016(04)
[4]磁流体动力学角速度传感器低频误差分析及校正方法研究[J]. 张少强,李醒飞,吴腾飞,纪越,徐梦洁,陈诚. 传感技术学报. 2015(11)
[5]NASA月球激光通信演示验证试验[J]. 郭丽红,张靓,杜中伟,曹江,刘嬿. 飞行器测控学报. 2015(01)
[6]一种用于磁流体陀螺微弱信号检测的小波降噪方法研究[J]. 王丽萍,李醒飞,吴腾飞,纪越,徐梦洁,陈诚. 传感技术学报. 2014(10)
[7]一种计算电感线圈分布电容的简化模型[J]. 陈龙,赵艳美,张宁. 南京师大学报(自然科学版). 2014(02)
[8]一种磁流体陀螺的设计研究[J]. 于翔,李醒飞,徐梦洁,王丽萍,梁思夏. 传感技术学报. 2013(11)
[9]MHD角速度传感器磁场设计研究[J]. 霍红庆,周海佳,马勉军,邱家稳. 真空与低温. 2011(03)
[10]高精度航天器微振动力学环境分析[J]. 张振华,杨雷,庞世伟. 航天器环境工程. 2009(06)
博士论文
[1]极低频磁场发生器的开发及其在神经细胞电生理特性研究中的应用[D]. 成波.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]通信信号调制识别算法研究[D]. 方奇.国防科学技术大学 2011
[2]MEMS技术的磁流体陀螺仪关键技术的研究[D]. 罗荣锋.华中科技大学 2008
[3]用于神经细胞实验研究的低频交变磁场发生器的研制[D]. 黄曦.华中科技大学 2007
[4]肿瘤磁致热疗用交变磁场发生原型装置的研制[D]. 吴亚.东南大学 2004
本文编号：3726645
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 MHD角速度传感器及其微弱信号提取国内外研究现状
1.3 论文的主要内容
第2章 微弱信号低噪声提取方法研究
2.1 MHD角速度传感器工作原理
2.2 直接耦合方式的微弱信号提取方法
2.2.1 运算放大器噪声特性及低噪声设计理论
2.2.2 低噪声预处理电路设计
2.2.3 预处理电路噪声模型分析
2.2.4 预处理电路噪声特性测量分析
2.3 基于磁场调制的微弱信号提取方法研究
2.3.1 基于调制解调技术的噪声抑制研究
2.3.2 传感器磁场调制方法研究
2.4 本章小结
第3章 MHD角速度传感器交变磁场发生装置的设计
3.1 多层螺线管磁场的分析设计
3.2 螺线管磁芯材料的选择
3.2.1 磁材料的分类
3.2.2 磁芯磁导率的计算
3.3 螺线管绕组线圈的设计
3.3.1 导线承载电流计算
3.3.2 趋肤效应影响
3.4 螺线管模型建立及分析
3.4.1 螺线管线圈电感的设计分析
3.4.2 螺线管线圈电阻的测试
3.5 串联谐振电路的设计
3.6 本章小结
第4章 MHD角速度传感器交变磁场驱动装置的设计
4.1 精密振荡器的设计
4.1.1 压控波形发生芯片
4.1.2 状态变量型振荡器的设计
4.1.3 直接数字频率合成技术
4.2 增益受控放大电路的设计
4.2.1 可变增益放大器的设计
4.2.2 功率放大器的设计
4.3 控制电压形成电路的设计
4.3.1 探测线圈的设计
4.3.2 交流-直流转换电路设计
4.3.3 差动积分器的设计
4.4 本章小结
第5章 系统测试与分析
5.1 交变磁场发生器的调试
5.2 螺线管磁场测试与分析
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AD9854的信号源设计[J]. 王浩军. 舰船电子工程. 2018(09)
[2]MHD角速度传感器随机漂移误差补偿方法研究[J]. 李洪宇,徐亚东,吴腾飞,李醒飞,纪越. 传感技术学报. 2017(08)
[3]一种微弱光电信号调制解调电路设计研究[J]. 谌东,何林,陈树春,温强. 电子测量技术. 2016(04)
[4]磁流体动力学角速度传感器低频误差分析及校正方法研究[J]. 张少强,李醒飞,吴腾飞,纪越,徐梦洁,陈诚. 传感技术学报. 2015(11)
[5]NASA月球激光通信演示验证试验[J]. 郭丽红,张靓,杜中伟,曹江,刘嬿. 飞行器测控学报. 2015(01)
[6]一种用于磁流体陀螺微弱信号检测的小波降噪方法研究[J]. 王丽萍,李醒飞,吴腾飞,纪越,徐梦洁,陈诚. 传感技术学报. 2014(10)
[7]一种计算电感线圈分布电容的简化模型[J]. 陈龙,赵艳美,张宁. 南京师大学报(自然科学版). 2014(02)
[8]一种磁流体陀螺的设计研究[J]. 于翔,李醒飞,徐梦洁,王丽萍,梁思夏. 传感技术学报. 2013(11)
[9]MHD角速度传感器磁场设计研究[J]. 霍红庆,周海佳,马勉军,邱家稳. 真空与低温. 2011(03)
[10]高精度航天器微振动力学环境分析[J]. 张振华,杨雷,庞世伟. 航天器环境工程. 2009(06)
博士论文
[1]极低频磁场发生器的开发及其在神经细胞电生理特性研究中的应用[D]. 成波.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]通信信号调制识别算法研究[D]. 方奇.国防科学技术大学 2011
[2]MEMS技术的磁流体陀螺仪关键技术的研究[D]. 罗荣锋.华中科技大学 2008
[3]用于神经细胞实验研究的低频交变磁场发生器的研制[D]. 黄曦.华中科技大学 2007
[4]肿瘤磁致热疗用交变磁场发生原型装置的研制[D]. 吴亚.东南大学 2004
本文编号：3726645
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