有机械耦合的电容式硅微陀螺敏感信号读取研究

电容式硅微机械陀螺是测量转动角速度的一种常用传感器。硅微陀螺都不可避免地存在驱动方向与敏感方向之间的机械耦合干扰,其主要原因是驱动轴与敏感轴的刚度耦合。本文研究发现,靠近敏感信号的峰值点对应着干扰影响最小的采样时刻。通过结合使用关断驱动信号法,减少了机械耦合干扰、电气耦合干扰和系统误差,提高了硅微陀螺的性能。     

微机械陀螺温度特性及其补偿算法研究

微机械陀螺是近年发展起来的一种角速率传感器,具有体积小、重量轻、价格便宜等优点.但是微机械陀螺的精度很容易受到温度的影响.本文介绍了微机械陀螺的温度特性,并且通过实验推导出陀螺输出与温度的关系,在此基础上使用了最小二乘拟合与神经网络两种算法进行温度补偿并将结果进行了对比.通过实验验证对于由温度导致的误差有很好的补偿效果...     

电容式微机械陀螺接口电路噪声分析

电容式微机械陀螺接口电路的噪声抑制特性直接影响了其关键性能指标,是微机械陀螺研究的重点。基于电荷放大器为前置放大电路的微机械陀螺接口电路为研究对象,建立了包含运放输入电容、输入电阻、噪声电流、噪声电压、反馈电阻噪声、寄生电容在内的电荷放大器电容分辨率的模型,提出了通过增大载波电压、选择低噪声电压和噪声电流运放、增大反馈电阻提高分辨率的方法。采用厚膜电路实现的电荷放大器进行了实验,结果表明电荷放大器的输出噪声和理论计算值处于同一数量级,电容分辨率可以到达10-19 F。     

基于机械臂的空间大型光学载荷姿态确定研究

大型光学载荷是空间应用的重要领域,针对一类天基大型光学载荷的姿态确定展开研究。假设该载荷安装在空间站上,并由空间三轴机械臂控制。在轨期间进行空间应用任务时,大型光学载荷的姿态确定精度是其完成相关任务的重要指标。建立了机械臂坐标系,设计了机械臂、星敏感器和光纤陀螺组合的姿态确定方案,采用联邦滤波的姿态算法,并进行仿真研究。仿真结果表明,该方案有效提高了大光学姿态确定的精度。     

TDMI方法在MEMS陀螺温度漂移补偿中的应用

微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)陀螺易受外界温度环境影响,需要进行温度漂移补偿.使用外置温度传感器测量时,存在测量温度与MEMS陀螺感知单元温度不一致的问题,降低了MEMS陀螺温度漂移补偿效果.针对该问题,研究了时间延迟互信息(time-delayed mutual information,TDMI)方法,并采用该方法辨识MEMS陀螺温度漂移与温度传感器输出变化之间的时间延迟,将辨识结果应用于温度漂移预测补偿中.试验结果表明,该方法可有效提高MEMS陀螺温漂补偿精度,具有较好的工程应用参考价值.     

一种高灵敏度电容式波动陀螺的设计与分析

基于固体波动陀螺灵敏度高、可靠性好、动态范围宽等突出优点，本文研究了一种全新的高灵敏度电容式微机电环形波动陀螺。首先设计了微机电环形波动陀螺的敏感结构与整体结构，并分析了工作特性与敏感原理；其次建立了环形敏感结构的灵敏度数值模型，分析了灵敏度与主要设计参数的关系；最后对环形敏感结构进行了模态仿真、静电驱动分析、灵敏度分析与极限位移分析，得到了该微机电环形波动陀螺的谐振频率为6.036 0 kHz，在2.906 8 μm的驱动激励下机械灵敏度为0.003 6 μm/°，最大静态应力为19.82 MPa。分析结果表明该陀螺敏感结构设计合理，能够实现高灵敏度的角速度敏感，为进一步研制高灵敏度MEMS陀螺奠定了基础。     

一种系统级微机械振动陀螺的设计与仿真

针对微机械传感器设计存在的流片成本高、耗时长等问题,在ConventorMEMS+和Matlab/Simulink环境下设计了一种静电驱动的微机械振动陀螺,对模型进行系统级的仿真测试。通过模态分析、直流分析、交流分析等方法优化模型结构,同时结合虚拟体硅刻蚀工艺抽取建立了微机械振动陀螺的传递函数模型,在Simulink中进行系统级仿真分析,获得了系统的暂态响应,确定其在开环条件下的谐振频率、安全工作电压、最佳驱动电压频率等关键参数,并得到谐振频率随梁的长度、宽度参数变化的关系。经测试,在工作电压和其他条件相同的情况下,微机械振动陀螺在需要检测的两个模态上谐振频率与仿真分析结果相差仅约3.8%和0.4%,说明系统级仿真结果可以为后续微机械陀螺闭环测控电路设计提供理论和实验依据。     

基于光学陀螺惯导系统的误差自动补偿技术

为了在长时间运行惯导系统中采用中低精确度光学陀螺来替代高精确度机械陀螺,用于降低导航系统成本,提升系统可靠性,采用误差自动补偿技术,分析了旋转自动补偿的基本原理,在旋转轴与陀螺输入轴重合以及有夹角的情形下,分别对光学陀螺和加速度的各项误差在旋转方式下的误差情况进行了分析研究,同时讨论了锯齿误差产生的原因以及旋转方式和旋转机构的选择.自动补偿技术可以把传感器的慢变误差在一个旋转周期内相互抵消,只剩下由白噪声以及初始对准误差而产生的系统误差.通过代表性的算法仿真验证了旋转自动补偿技术能够明显提升光学陀螺惯导系统的精确度.     

位标器陀螺转子动平衡测试系统设计

针对位标器陀螺转子在生产、使用过程中,由于不平衡量所带来误差、磨损等问题,本文介绍了一种基于虚拟仪器的位标器陀螺转子动平衡测试系统。当陀螺转子匀速旋转后,通过不平衡信号传感器将陀螺转子作用于机械支架的受迫振动转换成相应的不平衡信号。与此同时,基准信号传感器产生基准信号。测试系统对基准信号和不平衡信号进行采集、处理、分析和显示,根据测试所得到的结果,进行加重或者去重,达到最小可剩余不平衡量。该系统采用了基于数字相关原理的相位差测量方法,并使用LabVIEW进行软件编程。实践证明,本测试系统测试精度高,操作简单,稳定性高。     

谐振式光学陀螺检测电路的噪声分析

噪声是限制陀螺精度的重要原因,因此为提高陀螺精度,首先要分析噪声的水平和来源。本文介绍了一种应用于谐振式光学陀螺数字检测电路的噪声逐级检测方法,并分析了检测电路中各部分的噪声源。通过对现有某陀螺检测电路进行实验数据的分析,找到了对该谐振陀螺噪声贡献最大的部分。又从信噪比角度给出确定该陀螺输入光功率的方法,计算出了它的灵敏度。实验表明此方法可以分析出陀螺检测电路中各部分的噪声源,与理论分析一致。为抑制检测电路噪声,提高陀螺精度提供依据。     

陀螺供电电源设计

以实际工程项目中半液浮速率陀螺供电电源为研究对象。介绍了SPWM技术的基本原理，给出了基于SPWM技术所设计的陀螺电源的基本方案和系统的设计方框图。提出了一种基于时序实现逆变电源的三相任意角度差的方法。同时，分别给出了单片机89S52与信号发生器SA4828的接口电路、IGBT的驱动隔离电路、外围扩展芯片、SA4828内部结构和工作原理以及软件设计流程图。     

干涉型光纤陀螺实验方案

文中介绍光纤陀螺的工作原理,对干涉型光纤陀螺的几种实验方案进行分析,总结提高光纤陀螺性能,降低其成本的新技术,对光纤陀螺的工程化,实用化有一定的实践指导意义.     

光纤陀螺中PID控制理论与试验研究

动态特性是光纤陀螺的主要性能参数之一,改善动态特性有助于提高光纤陀螺的环境适应性。光纤陀螺的闭环检测带宽主要由检测电路的带宽限制。对于采用数字闭环方案的光纤陀螺,其带宽限制主要由闭环数字控制算法决定。通过理论分析及试验验证,表明在光纤陀螺闭环控制算法中引入PID控制算法,有效提高了闭环光纤陀螺检测带宽。由于角振动台测试方法的局限性,通过采用基于Faraday效应的带宽测试方法,给出了采用PID控制算法前后,光纤陀螺频率特性的实测曲线。     

封闭式线轴型气浮陀螺电机刚度测试分析及改进

针对高精度二、三浮陀螺用封闭式线轴型气浮陀螺电机刚度的测试需求，采用高精度电容传感器建立气浮陀螺电机刚度测试系统，对影响气浮陀螺电机刚度测试的装卡结构进行了结构分析和温度场分析，并进行了改进提升，采用自重法刚度测试方法对比扫频试验结果，显示该测试方法能够满足封闭式线轴型气浮陀螺电机刚度的精密测量。     

锁定放大器在微弱光信号检测中的应用

介绍了锁定放大器的检测技术的理论依据--相关检测,并针对开环光纤陀螺信号的特点,对其信号检测进行了分析,提出了锁定放大器在光纤陀螺输出的微弱光信号检测中的应用的方法,同时为了使检测获得最佳效果,对其系统参数的选取进行了讨论。通过使用美国StanfordResearchSystems公司的SR844DSPLock-in-Amplifier的信号检测系统进行实验,结果表明:锁定放大器能够满足光纤陀螺信号检测的要求,可使被测光纤陀螺的零漂达到0.28°/h。     

基于压电陀螺的快速方位测井短接

本文在对现有应用于方位测井的陀螺仪进行性能比较基础之上,提出了一种以压电陀螺为惯性敏感元件的新的方位测井法,并实现了包括机械结构和电子电路在内的方位测井短接的软、硬件设计。该系统采用快速小波滤波对陀螺输出数据进行了优化,对各种削弱有用信号,降低测量精度的干扰源进行了误差补偿,并运用快速定位与精细逼近相结合的测量方法,实现了系统设计精度（△θ〈±0．3°）,同时达到快速测量的目的（△t〈125s）。实验证明了该方法的有效性和实用性。     

磁悬浮转子微陀螺虚拟仪器测试系统

针对悬浮转子微陀螺的静态角度测试和漂移度测试任务,对微陀螺信号拾取电路的输出进行了分析,使用虚拟仪器技术研制了基于LabVIEW的测试软件。使用图形控件实现了实时线性度计算和漂移曲线的计算及绘制。该系统简化了悬浮转子微陀螺的测试过程,减少了人工操作,提高了检测效率,并且可以在测试过程中监测到实时数据,具有直观、准确的特点,成为悬浮转子微陀螺性能测试的高效工具。     

激光陀螺惯性导航系统在线快速诊断技术

国内目前对于惯性导航系统的故障诊断技术的研究主要停留在理论阶段,研制了一套激光陀螺惯性导航系统在线快速诊断装置工程样机.该样机主要包括硬件和软件两部分,硬件为一个激光陀螺惯性导航系统在线快速诊断装置,软件部分实现了串口读写、数据采集、信号处理、故障诊断等功能,样机能够对激光陀螺惯导系统进行在线检测、诊断和故障判别.该装置的研制对提高激光陀螺惯导系统的使用效率、缩短维修维护周期具有重要意义.对激光陀螺惯导系统在线测试的试验结果表明该装置具有很好的故障检测性能,能够及时发现激光陀螺惯导系统存在的故障并作出预警.     

一种动调陀螺测斜仪的数据采集系统设计

动调陀螺测斜仪是一种可在油气勘探中用于测量钻头走向方位的仪器,且不受地磁干扰,日益受到业界的青睐。针对动调陀螺测斜仪模拟信号数字化的实际需要,本文研究开发了一种基于CPLD的动调陀螺测斜仪数据采集系统。系统由CPLD控制芯片、模拟开关、A/D采样芯片以及相应的接口电路等组成。测试结果表明,所设计的数据采集系统采集精度高、稳定性好,能够在油气井高温、高压恶劣环境条件下正常工作,不仅具有工程实用价值,而且为动调陀螺测斜仪灵活、快捷的升级换代提供了保证。     

多MEMS陀螺数据融合方法性能比较

MEMS陀螺的体积小、成本低,便于集成,但其低精度极大的限制了MEMS陀螺在实际中的应用。利用多传感器融合技术进行误差补偿可提高MEMS陀螺的测量精度,人们提出了多种数据融合方法用于改进MEMS陀螺的测量精度。对多尺度融合方法、卡尔曼滤波融合和小波阈值融合方法进行比较分析。理论分析与实验结果表明,多尺度融合算法相比卡尔曼滤波融合和小波阈值融合方法在标准差、信噪比、功率谱及Allan方差等方面性能获得了较好的效果,其适用范围更宽。