微石英音叉陀螺感测电路研究

驱动电路和感测电路是微石英音叉陀螺(QRS)的两个重要组成部分;在了解QRS的基本工作原理及其电学特性的基础上,较为全面地分析了QRS输出信号的组成和特点,并根据输出信号的特点对QRS感测电路进行了研究,研究了拾取QRS感测叉指电荷信号的电荷放大器及其优化设计方法,重点研究了提取角速度信息的同步相敏解调电路,并比较了基于模拟乘法器的同步相敏解调电路和基于电子开关的同步相敏解调电路的优缺点,最后讨论了感测电路印制电路板的低噪声设计.     

基于FPAA的石英音叉陀螺的驱动与解调电路设计

构建了基于现场可编程模拟阵列(FPAA)的石英音叉陀螺的方波驱动与开关解调电路;分析了差分形式的方波驱动与开关解调原理,实现了FPAA芯片所需功能,验证了电路的可行性;实验测试表明,该系统的刻度因子为25mV/(°)s-1,系统1h内的零偏稳定性为1.1351°/s;电路采用DIP封装可重复擦写的SPI EPROM配置FPAA芯片,能够快捷、有效地调试,且操作简单,可以作为理想的石英音叉陀螺的驱动与解调电路实验平台。     

微石英音叉陀螺等效阻抗的不稳定性研究

在实验中发现.微石英音叉陀螺在自激振荡驱动回路中的等效阻抗随驱动电压幅值的变化而变化,具有不稳定性。在阐述微石英音叉陀螺基本工作原理及其模拟驱动电路设计基本原则的基础上,研究了微石英音叉陀螺等效阻抗的不稳定性对其模拟驱动电路的影响,从一个侧面说明了现有实用的微石英音叉陀螺模拟驱动电路大多为方渡驱动电路的原因,以及模拟正弦波驱动电路的不可行性。     

微机械音叉陀螺驱动电路的研究

在分析微机械音叉陀螺的输出信号与驱动信号频率及幅度关系的基础上，提出对微机械音叉陀螺采用自激振荡闭环驱动方法，为微机械音叉陀螺的实验设计提供了理论基础，实验表明这种方法是可行的。     

基于LabVIEW的石英音叉陀螺闭环驱动的实现

分析了石英音叉陀螺驱动端幅频相频特性,设计了LabVIEW控制算法,使陀螺工作在最佳频率点;首先根据机电等效理论得出陀螺等效电路中串联支路电流等效于驱动端叉指振动速度,且串联支路电流在不同频率点处对频率的敏感度不同,然后通过对陀螺进行扫频得到了陀螺驱动端幅频相频特性,最后,基于在谐振频率点附近陀螺驱动端相频特性呈线性关系,设计了LabVIEW控制算法;根据该算法.设置相位分别为0°和～4°,40min内这两个谐振频率点处驱动反馈信号的标准差分别为1.4728e-005v、1.9229e-005v(1σ),因此,0相位处为较理想工作点,设置参考相位为各个谐振频率点的对应相位,通过比较可确定陀螺的最佳谐振频率点,提高陀螺驱动端的振动稳定性.     

微型石英音叉陀螺模态特性的设计

微型石英音叉陀螺是近年来发展起来的新型惯性器件,采用ANSYS软件建立了微型石英音叉的实体模型,对其进行了压电振动模态分析,依据计算结果设计制作了微型石英音叉陀螺样片,实测值与计算结果相吻合,证明了这一分析方法的实用性。     

电容式微机械陀螺接口电路

接口电路是电容式微机械陀螺研制中的关键技术之一.给出了一种通用的电容式微机械陀螺接口电路方案.该方案包括电容检测和信号处理两个模块.相位相反幅度相同的两路高频载波加在敏感差动电容的两端形成敏感电桥,另一频率的高频载波叠加了驱动信号后加在驱动差动电容两端形成驱动电桥,质量块作为所有电容的公共端连接两电桥接虚地的放大器,构成前置电容检测模块;后续的带通滤波电路将驱动和敏感信号分离,各自解调滤波得到两个模态相应的振动信息,驱动振动对敏感振动再次解调即可得到和输入角速度信号成线性关系的直流电压.采用音叉电容式陀螺进行实验,结果表明该电路能够有效的能够有效的抑制寄生电容和各个接口电容之间电耦合的,电容分辨率可以达到10-15F.     

基于公理设计理论的微机械石英陀螺的研究

运用公理设计的理论分析了振动陀螺的原理,提出了振动陀螺的公理设计模型,并用这种模型对微机械石英陀螺的振动敏感元件—石英音叉片进行了解耦分析。运用灵敏度的有限元分析方法对石英音叉片的解耦设计的优劣进行了评价,为后续的设计提供有益的参考。     

高Q值音叉式微陀螺静电自激驱动研究

为了提高检测精度,对研制的具有滑膜阻尼的音叉式微机械陀螺采用静电自激驱动方式,它能够使驱动振动自动稳定在驱动模态的固有频率上,并保持恒定的驱动振动速度幅度。分析了静电自激驱动电路工作原理,采用自动增益控制(AGC)设计制作了相应的检测电路,实现了Q值为325、谐振频率为2.04 kHz微陀螺的闭环恒幅自激振动。     

基于SID算法的MEMS陀螺仪测控系统设计

传统的微机电系统(MEMS)微陀螺仪解调算法抗噪声能力差、硬件资源消耗多,提出了一种同步积分解调算法(SID),用于MEMS陀螺闭环测控电路中,实现了驱动/检测信号解调输出。三阶同步积分器构成解调器。仿真分析表明:SID具有更快的响应时间,更低的噪声水平,硬件资源消耗更少。基于SID算法,建立了MEMS陀螺数字闭环测控系统,驱动闭环中锁相环技术和自动增益控制技术实现陀螺恒幅恒频谐振,检测闭环中高阶带通ΣΔ环路滤波器提高了陀螺带宽和响应性能。仿真结果表明:陀螺驱动振幅为4. 738μm,起振时间为0. 12 s,检测带宽为200 Hz,信噪比达到了113. 2 d B。     

激光器电压调制驱动与锁相放大电路的研究

为解决光频漂移对气体浓度检测的影响,根据分布反馈式半导体激光器的波长可调制特性,设计了一种激光器电压调制驱动与锁相放大电路。该电路的电压调制驱动电路输出波形是2 Hz的锯齿波和2 kHz的方波的叠加,其中:2 Hz的锯齿波使激光器的中心波长缓慢扫过气体吸收中心线,确保气体吸收光强;2 kHz的方波一方面对激光器的波长进行二次微量调节,另一方面作为谐波检测的同步信号。锁相放大电路则对不受激光器波长漂移的激光调制信号3次谐波进行锁相放大。Matlab仿真结果表明,该电路的输出与模拟气体浓度吸收光强函数的幅值成比例,同时证实了检测3次谐波的可行性。     

基于高速解调电路的新型手持式工频电场检测系统

基于高性能的微机电系统(MEMS)电场敏感芯片进行工频电场检测,设计了前置放大电路对芯片输出的微弱信号进行二级放大;基于相敏检测原理,设计了一种可抑制背景干扰噪声的模拟解调电路,提高了系统的响应速度;基于ARM微控制器实现了信号的处理,最终成功研制了一种新型手持式工频电场检测系统.输电线路下电场检测实验表明:系统具有良好的检测性能,检测结果与德国Narda电场测量仪具有较好的一致性.     

正弦波调制对谐振式陀螺中谐振信号的影响

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是利用光学Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件。理论分析了正弦波调制特性,搭建了光学微谐振腔的调制解调实验系统,实验对比了正弦波、锯齿波、三角波3种调制波形对谐振信号信噪比的影响,得出了正弦波调制效果最好,提高了谐振信号的信噪比。针对不同调制幅度和频率条件下的正弦波调制对谐振信号的影响进行了测试,得出了调制幅度和调制频率对谐振信号的影响,为光学微谐振腔在谐振式陀螺系统应用中相位调制选择最佳的参数提供了参考。     

MEMS石英振梁高增益谐振电路的设计与分析

介绍了一种基于新型高阻抗QVBA的高增益谐振电路设计和谐振电路的分析测试实验。利用阻抗分析仪4294A测得石英振梁的等效参数,对石英振梁的电气特性进行分析,发现高阻抗石英振梁起振比普通晶振需要更高增益。基于双门振荡电路,利用运算放大器在开环系统中具有无限增益的理论,提高谐振电路的驱动能力。同时采用谐波抑制网络,指出谐波抑制网络可以抑制无用的频率避免传感器输出信号出现泛音频率,并提高谐振电路的稳频速度。考虑电噪声对输出波形质量的影响,在电路的输入部分采用滤波电容,并在电路的输出部分采用反向器整形,使电路输出标准的方波信号。最后利用安捷伦DSO5012A型号示波器和频率计对高增益谐振电路和石英振梁组成的谐振系统进行测试,测试结果表明本文设计的谐振电路与石英振梁组成的谐振系统可以输出标准的方波信号,输出频率精度达到10-5 kHz,在振动稳定以后频率变化小于0.1 Hz,无泛音频率出现,对研究高精度MEMS加速度计传感器具有重要意义。     

电阻应变式力传感器低频冲击频率测量电路设计

针对采用压电式力传感器、冲击力传感器测量冲击频率存在成本高、安装不便等问题,设计了一种电阻应变式力传感器低频冲击频率测量电路。该电路根据电阻应变式力传感器的工作原理,首先采用放大电路将传感器输出信号放大,然后运用电压比较电路产生方波信号,最后采用单稳态触发电路对方波信号整形,从而得到标准的方波信号。实际应用表明,该电路工作稳定,测量精度较高。     

基于广义解调时频分析的多分量复杂信号分解方法

在广义解调时频分析方法的基础上,将该方法应用于多分量时频变化信号的分解,并对该方法进行了改进,给出了由改进的广义解调时频分析方法分解多分量复杂信号的具体步骤.重点分析了自动获取相位函数的方法,以及对分离出来的各单分量再次进行广义时频解调的问题,得到了比较理想的时频分布.仿真实验结果证明:此法不仅可以得到原始信号中各分量的时域波形,同时也可以得到各分量的时频分布,从而为多分量复杂时频变化信号的准确分离提供了有效途径.     

微小差分电容检测电路设计

针对电容式MEMS器件,设计了一种用来检测微小差分电容的电路,该电路主要有方波信号发生器、相敏解调和低通滤波电路等组成.具有抗干扰性能好、电路简单、易于集成的特点.通过主要器件--运放的合理选择,调试出较理想的结果.经实验验证,其分辨率可达10-16F.     

振动式微机械陀螺驱动控制电路研究

本文分析了微机械陀螺检测灵敏度和驱动信号频率和幅度的关系,在此基础上提出了一种振动式微机械陀螺驱动控制环路方案并给出了相应的电路实现方法.它利用陀螺谐振时驱动信号和驱动模态位移信号具有900相位差这一特性,采用锁相方式完成驱动轴的稳频控制,恒幅控制环节则采用半波整流电路及后续的直流电压调整电路实现,从而完成了对驱动轴的锁相和恒幅双环路控制,保证了陀螺驱动轴的谐振和振幅恒定,有效的提高了陀螺的灵敏度和标度因子的稳定性.最后针对音叉电容式微机械陀螺进行的开闭环对比实验证明,添加控制环路的检测电路零偏稳定性提高了10倍左右.     

提高陀螺仪控制电源性能指标的研究

通过对陀螺仪控制电源的硬件和软件电路的分析,研究了提高其性能指标的软硬件的具体实施方案。CPU和产生SPWM波信号芯片SA8282配合使用,选用IPM作为功率变换器的主开关器件,采用PID数字控制器,并通过实验证明方案的可行性。实测中,测量电路精度和反应时间达到了设计要求,保护电路动作也足够灵敏。     

应用贝加莱工控产品的多桩锤同步振动控制系统

本文主要论述振动法打桩施工中所采用的电动振动锤多桩锤联动方案。多桩锤同步振动方案是解决单锤打桩功率不足问题的一种有效方法。作者对多锤同步振动控制的基本原理进行了论述,在此基础上设计了基于贝加莱ACOPOSin—verter变频器和EthernetPowerlink工业实时以太网的主从速度补偿同步振动控制系统并制订了速度同步与相位同步的控制策略。工业试验表明,这种基于实时高速以太网通讯的多锤联动控制系统能较好地实现同步振动,其响应快速,稳定性好,速度差与相位差均能满足施工要求。