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微流体陀螺仪驱动与检测技术研究

作　者: 褚鸿杰
导　师: 朱欣华；苏岩
学　校: 南京理工大学
专　业: 测试计量技术与仪器
关键词: 微流体陀螺仪驱动检测电路数字解调温度补偿
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

微流体陀螺仪利用气体介质取代机械质量块作为敏感元件,具有结构简单、量程大、抗冲击能力强等优点,在军民领域均具有广阔的应用前景。论文介绍围绕微流体陀螺仪驱动与检测电路设计和试验开展的研究工作。首先介绍了微流体陀螺仪驱动和检测的工作机理,并在此基础上介绍了设计的基于调制解调原理的微流体陀螺仪测控电路。之后论文介绍了微流体陀螺仪的数字化设计工作,包括微流体陀螺仪的数字接口电路设计和数字化测控电路设计两部分。微流体陀螺仪数字接口的主要功能是对模拟电路输出电压进行数字化,同时可采集陀螺仪的温度,并利用微控制器实现数字滤波和温度补偿,最终通过串口输出陀螺仪的数字化电压信号。微流体陀螺仪的数字化测控电路直接对敏感结构的前端差分放大的输出进行量化,利用基于MSP430微控制器的数字系统完成数字解调,并通过微控制器内部的定时器资源产生陀螺仪所需的驱动与参考方波信号。数字化测控电路不仅减少模拟电路引入的噪声,而且能发挥数字电路集成化、小型化的优势。最后,论文分别介绍了对设计完成的基于模拟电路的微流体陀螺仪样机、微流体陀螺仪数字接口样机、微流体陀螺仪数字化测控电路样机的调试和试验工作,并对试验结果进行了分析和总结。试验结果表明,基于模拟电路的微流体陀螺仪样机的阈值和分辨率为1°/s,零偏稳定性为3.873°/s,量程为±1200°/s,抗冲击能力为20,000g。微流体陀螺仪数字接口样机的阈值和分辨率为1°/s,零偏稳定性提高至2.161°/s。该陀螺仪在通过温度试验得到的温度模型进行补偿后,陀螺仪的零位温度系数由0.285°/s/℃变为0.093°/s/℃,下降了66.3%。微流体陀螺仪数字化测控电路样机的阈值和分辨率为1°/s,零偏稳定性提高至1.061°/s。试验证明了数字接口和数字化测控电路的有效性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-12
  1.1 微流体陀螺仪发展综述  8-11
    1.1.1 流体陀螺仪概况  8-9
    1.1.2 微流体陀螺仪发展  9-11
  1.2 本文主要研究内容  11-12
2 微流体陀螺仪模拟测控电路  12-24
  2.1 微流体陀螺仪工作原理及测控电路方案  12-15
  2.2 模拟测控电路设计  15-24
    2.2.1 检测电桥与差动放大电路  15-16
    2.2.2 恒流源电路  16-19
    2.2.3 调制解调电路  19-22
    2.2.4 模拟移相电路  22-24
3 微流体陀螺仪数字化  24-46
  3.1 微流体陀螺仪数字接口设计  24-37
    3.1.1 数字接口硬件设计  24-30
    3.1.2 数字接口软件设计  30-37
  3.2 微流体陀螺仪数字化电路设计  37-46
    3.2.1 数字化电路总体设计方案  37-38
    3.2.2 驱动模块设计  38-40
    3.2.3 数字化相敏检测器设计  40-41
    3.2.4 硬件电路设计  41-44
    3.2.5 软件设计  44-46
4 微流体陀螺仪试验研究  46-73
  4.1 试验项目及方法  46-50
    4.1.1 标度因数  46-47
    4.1.2 阈值  47-48
    4.1.3 分辨率  48
    4.1.4 零偏稳定性  48-49
    4.1.5 大量程标度因数  49
    4.1.6 力学冲击试验  49-50
  4.2 基于模拟电路的试验数据及结果分析  50-58
    4.2.1 标度因数试验  50-52
    4.2.2 阈值试验  52-53
    4.2.3 分辨率试验  53-54
    4.2.4 零偏稳定性  54-55
    4.2.5 大量程标度因数试验  55-56
    4.2.6 力学冲击试验  56-57
    4.2.7 主要性能指标  57-58
  4.3 微流体陀螺仪数字接口试验研究  58-66
    4.3.1 数字接口测试  58
    4.3.2 标度因数试验  58-60
    4.3.3 阈值试验  60-62
    4.3.4 分辨率试验  62-63
    4.3.5 零偏稳定性  63
    4.3.6 主要性能指标  63-64
    4.3.7 温度试验  64-66
  4.4 基于数字化电路的试验数据及结果  66-72
    4.4.1 标度因数试验  66-68
    4.4.2 阈值试验  68-70
    4.4.3 分辨率试验  70-71
    4.4.4 零偏稳定性  71
    4.4.5 主要性能指标  71-72
  4.5 三种样机试验性能比较  72-73
5 总结与展望  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-80
附录A  80-81
附录B  81-82
附录C  82-83
附录D  83

微流体陀螺仪驱动与检测技术研究

内容摘要

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