智能型自校准压电射流陀螺

本文介绍了压电射流陀螺静态自校准方案,即利用力矩电机、光电编码器、单片机组成精确测速系统并给出标准信号,以校准压电射流陀螺零位误差、灵敏度误差,并通过多传感器信息融合技术改善非线性误差、降低温漂、时漂,提高压电射流陀螺的综合性能.新研制的智能型自校准压电射流陀螺有望在末制导炮弹滚转控制系统和惯性稳定控制系统中得到应用.     

压电型微固体模态陀螺的相位差检测

压电型微固体模态陀螺是一种利用压电材料制作的新型固态微陀螺,具有高抗冲击、抗震动能力.陀螺主要部分为一压电质量块,研究发现其存在某阶特殊的振动模态作为原振动,通过感应哥氏力将敏感方向上输入的角速度转化为电信号.陀螺上设置有多个电极,各电极在工作状态下输出压电电压信号,通过检测电路测量信号间的相位差分析陀螺状态.TL714高速比较器将正弦信号转换为方波信号,通过TMS320F2812芯片采集数据进行处理,实现了对两路频率范围100 kHz~600 kHz信号的相位差检测.实验结果验证了该检测方法的有效性.     

基于厚度剪切振动的压电圆盘微陀螺的制作和分析

基于面内振动模态工作的圆盘陀螺在利用压电方式驱动和检测时,需要在圆盘振动体侧壁上加工压电换能器,很难由MEMS工艺实现.为实现压电圆盘陀螺的小型化,设计制作了一种直接由压电材料作为振动体,基于厚度剪切振动模态工作的新型压电圆盘微陀螺.厚度剪切振动模态使得陀螺可以通过在压电基片上下表面制作金属电极的MEMS工艺进行加工.通过对加工出的陀螺器件进行阻抗分析发现加工出的陀螺具有良好的对称性,基于阻抗分析得到的品质因数通过有限元分析可知,陀螺可实现高灵敏度、低非线性度、大量程、低角速度耦合误差等性能.     

基于FPGA的压电陀螺数字化检测电路设计

针对压电微固体模态陀螺的信号采集与算法要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的兼具高精度高采样频率的陀螺数字检测系统.介绍了该系统的原理与实现方法.FPGA主控芯片选择XC6SLX25,ADC选择AD7960芯片(18 bit,5MSPS).经试验验证,制作的样机可以同时采集三路输出信号,并实时处理传给上位机显示.测得陀螺共振频率稳定在349.89 kHz,上下波动范围8Hz,参考端输出电压峰峰值的均方差为0.004 V.检测系统稳定,具有较高精度.研究的数字化检测电路能很好地应用于MEMS微陀螺检测信号的处理,提高MEMS微陀螺的稳定性和抗干扰性.     

压电射流传感器的应用

<正> 1 压电射流速率传感器 目前,陀螺的类型有100多种,但压电射流速率传感器仍受到美、日等发达国家的极大重视(详见“参考文献”170～176页)。原因是这种传感器消除了可动部件和悬挂系统,其承受过载的能力比一     

基于虚拟仪器的压电陀螺扫频信号系统设计

扫频信号采集系统是压电微陀螺悬浮系统的重要组成部分.介绍了NI PXIe-6124多功能信号采集模块(DAQ)的原理与结构、以及它在构成压电陀螺扫频信号系统中所起到的作用.由于它同时具有高速的采样速率(4MS/s)和高精度(16位)的采样值,设计了基于NI公司设备的系统,用来准确地采集压电陀螺在各个频段的感应振动信号,将信号送入计算机进行处理,得出陀螺仪的谐振模态.在具体实验操作过程中,成功地将由DDS电路所激励的陀螺振动信号送入DAQ,并完好地处理了一系列陀螺的振动数据.     

多功能射流陀螺的理论与实验研究

本文提出一种新型固态陀螺——射流陀螺,它兼有角速率陀螺和角度陀螺功能.文中详细分析了射流速率陀螺的工作原理、射流动力学、结构及实验.根据相似理论原理,利用空气的热升冷降特性,类比于射流速率陀螺的工作原理,提出一种新型的,可全方位测量的角度陀螺.     

压电型微固体模态陀螺的模态及谐振分析

压电型微固体模态陀螺利用压电体的特殊振动模态来工作,它是一种不同于微振动陀螺的全固态微陀螺.在压电型微固体模态陀螺中不存在整体运动的部件和弹性支撑结构,因此抗冲击、抗震动能力强.同时,它对真空封装没有特殊的要求,因此稳定性好,长期工作可靠性高.文中详细介绍了压电型微固体模态陀螺的工作机理,建立了该种新型微陀螺的结构模型,并对压电块的振动模态和自激谐振进行了有限元分析,获得了满足要求的工作振动模态.通过谐振分析,进一步验证了提出的结构模型的有效性.本文为压电型微固体模态陀螺的制作提供了理论依据.     

负电容压电阻尼振动系统控制器参数研究

实验中发现负电容电路参数对负电容压电阻尼振动系统的振动幅值的衰减影响很大,推导了负电容压电阻尼振动系统的振动幅值随负电容电路参数的变化关系,并进行了仿真和实验研究,理论仿真和实验结果表明:负电容值越接近于压电片的固有电容,压电阻尼控制系统的衰减性能越好,串联电阻越小,压电阻尼控制系统的衰减性能越好.     

基于DSC的压电陀螺漂移特性测试及其滤波器设计

首先进行了压电陀螺漂移特性分析,重点研究了利用数字信号控制器(DSC,digital signal controller)和LabWindows/CVI软件设计出压电陀螺漂移测试实验,测量出压电陀螺实际的漂移误差数据,由此建立了压电陀螺漂移特性ARMA模型,设计出基于LMI的鲁棒滤波器,并与Kalman滤波器进行了仿真比较,提高了陀螺随机漂移的估计精度,保证了陀螺误差补偿的有效性.     

基于恒流源的陀螺仪测温丝电阻测量电路的设计

陀螺仪是一种广泛应用的惯性器件,针对陀螺仪测试效率低的现状,设计和实现了一种基于恒流源的陀螺仪测温丝电阻测量电路;采用恒流源测量电阻,能有效消除引线电阻带来的测量误差,显著地提高了测量精度;详细描述了系统的功能和总体结构,给出了系统硬件设计方法、软件结构图及实验数据分析;该系统还包括单片机控制的数据采集电路、液晶显示单元、报警输出单元;该测试系统已经成功运用于陀螺仪的温后电阻测量中,实践表明,系统运行稳定可靠,具有较高的测试精度。     

基于铂电阻传感器的高精度温度检测系统设计

介绍了一种基于铂电阻传感器的高精度温度检测系统,用于星载微波辐射计定标源的精密测温,测温精度为±0.1℃。针对铂电阻引线带来的测量误差这一缺点,设计了四线制恒流源温度测量电路,同时对铂电阻传感器温度检测电路的测量误差进行了分析。系统具有精度高、可靠性高,使用方便的特点,当温度范围在-200℃~650℃之间,误差小于±0.1℃时,也可用于其它工业测温以及航空航天精密温度检测领域。     

Closed loop driving and detect circuit of piezoelectric solid-state micro gyroscope

Piezoelectric solid-state micro gyroscope is a novel kind of rotating rate sensor, which is based on the special thickness-shear vibrating mode of a piezoelectric body. Compared with the general vibratory micro gyroscope, it has no evident mass-spring component in its structure, so it has larger stiffness and robust resistance to shake and strike. Therefore, piezoelectric solid-state micro gyroscope can be used in the high-g environment. In this paper, piezoelectric solid-state micro gyroscope working principle is described. The closed loop driving and detect circuit of piezoelectric solid-state micro gyroscope is proposed in order to track the resonance frequency drift, stabilize the driving voltage value and detect the gyroscope output. The closed loop driving circuit (CLDC) mainly contains phase lock loop circuit, automatic gain circuit. Detect circuit mainly contains de-modulator, difference amplifier, Phase shift circuit and low pass filter. Experimental results show that the frequency of CLDC fluctuates within ±15 Hz with the resonance frequency of 357.9 kHz when get its stable status and the fluctuation of reference voltage is within ±7 mv, while the fluctuation of reference voltage in open loop driving circuit is ±23 mv. In the experiment, the sensitivity of the gyroscope with 740 mv/rad/s is observed. The work in the paper provides the theoretical and experimental foundation for realizing for this kind of gyroscope.     

压阻式微机械陀螺接口电路的数学原理

压阻式微机械陀螺是MEMS研究的重要方向之一,有效的接口电路是发挥陀螺性能的重要保证。用数学方法完整地推导了陀螺驱动和信号检测的内在机理,并据此设计了一种简单的压阻式陀螺接口电路。接口电路的最小分辨力为0.33°/s。测量结果证明了数学推导的正确性。     

CMOS-MEMS体硅陀螺的系统仿真

体硅MEMS和CMOS电路的单片集成技术是提高传感器性能的有效途径,但是集成技术会对陀螺的设计和CMOS电路的设计提出更高的要求。本文通过建立CMOS-MEMS体硅陀螺的等效电学模型,实现了对CMOS-MEMS体硅陀螺的系统级仿真。通过系统仿真,陀螺的结构部分、电路部分、集成产生的寄生效应以及工艺误差得到了有效的分析,从而能够了解它们相互之间的影响,更好的指导CMOS-MEMS体硅集成器件的设计。     

CMOS-MEMS体硅集成陀螺的系统仿真

体硅MEMS和CMOS电路的单片集成技术是提高传感器性能的有效途径,但是集成技术会对陀螺的设计和CMOS电路的设计提出更高的要求.通过建立CMOS-MEMS体硅陀螺的等效电学模型,实现了对CMOS-MEMS体硅陀螺的系统级仿真.通过系统仿真,陀螺的结构部分、电路部分、集成产生的寄生效应以及工艺误差得到了有效的分析,从而能够了解它们相互之间的影响,更好的指导CMOS-MEMS体硅集成器件的设计.     

一种新的MEMS系统噪声建模方法

提出了一种基于Matlab中Simulink工具箱的行为级仿真建模方法。通过提取微机械陀螺的机械结构参数以及外围电路的主要参数,利用传感器的运动方程和系统的传递函数在Simulink平台上建立起MEMS陀螺系统的行为级仿真平台.并在该平台中加入了陀螺器件和电路部分的噪声源。同时对AD630解调电路进行了建模以及噪声性能测试,分析了此种开关型解调电路的优化应用条件。     

一种磁流体陀螺的设计研究

新型磁流体陀螺兼具带宽大、体积小、重量轻、寿命长、抗冲击等优良特性,是用于卫星微角振动测量的理想传感器,同时在寻北及小型无人机导航等领域也具有广阔的应用前景。提出了一种磁流体陀螺的设计思路,通过对磁流体陀螺工作原理的分析,设计了一种机械结构,该结构既形成了闭合磁路又构成了上下壁绝缘、内外壁导电的密闭磁流体通道,满足传感原理需求;采用低噪放大器组成信号处理电路并对噪声进行分析,该电路可以将本底噪声对传感器输出信号的影响降低至可接受范围内;对基于该思路设计的样机进行了初步试验,试验结果表明该磁流体陀螺能够敏感角振动,非线性误差小于0.6%,重复性误差小于0.5%,稳定性误差小于0.8%,具有很好的发展前景。     

寻北仪系统的挠性陀螺伺服电路设计

分析了挠性陀螺及其寻北原理,针对使用挠性陀螺作为敏感器件的寻北仪系统,提出了一种结构简单的陀螺伺服电路;对应给出的伺服电路原理图,分析了各个组成模块的功能;同时根据系统精度的要求及测试中发现的实际问题,通过采用补偿系统零位、选择合适采样电阻、增加延时电路等方法,可以实现减少放大器零偏对测量信号的干扰、较好地解决寻北精度与陀螺进动角速度之间的矛盾、提高系统的可靠性和稳定性等目的;实验证明在样机上改善效果显著.     

Combined circuit/device modeling and simulation of integrated microfluidic systems

A combined circuit/device model for the analysis of integrated microfluidic systems is presented. The complete model of an integrated microfluidic device incorporates modeling of fluidic transport, chemical reaction, reagent mixing, and separation. The fluidic flow is generated by an applied electrical field or by a combined electrical field and pressure gradient. In the proposed circuit/device model, the fluidic network has been represented by a circuit model and the functional units of the /spl mu/-TAS (micro Total Analysis System) have been represented by appropriate device models. We demonstrate the integration of the circuit and the device models by using an example, where the output from the fluidic transport module serves as the input for the other modules such as mixing, chemical reaction and separation. The combined circuit/device model can be used for analysis and design of entire microfluidic systems with very little computational expense, while maintaining the desired level of accuracy.