MEMS微半球谐振陀螺的力反馈模态及其FPGA平台实现

MEMS(micro-electro-mechanical system)微型陀螺仪具有体积小、质量轻、功耗低、成本低等优点,MEMS微半球谐振陀螺是MEMS微陀螺领域的研究热点,文中分析了微半球谐振陀螺的工作原理以及检测方法。针对MEMS微半球谐振陀螺高工作频率,高品质因数等特点,提供了一种数字式力反馈模式下的MEMS微半球谐振陀螺数字式闭环控制检测方案以及其FPGA平台硬件实现,完成目前MEMS微半球谐振陀螺的控制与检测工作。     

微纳卫星陀螺阵列系统信息融合

为了实现微纳卫星MEMS陀螺动态在线滤波,对MEMS陀螺阵列建模,设计可应用于动态过程的最优在线数据融合算法,建立陀螺阵列测试系统,并对融合滤波的陀螺系统的性能对比分析。首先,建立多个陀螺的量测模型。接着基于信息融合模型,使用Kalman滤波算法,对预测的协方差矩阵进无求逆运算迭代;然后,基于误差估计,对动态时变信号滤波模型建模,并给出了融合滤波方法;最后,搭建6个MEMS陀螺在线滤波系统,验证该算法的有效性。实验结果表明：滤波误差可降低为单陀螺采样误差的1/15,精度提高一个数量级;运算量相比层序式滤波减少为1/4,计算时间减少为1/3。本文所提算法在提高精度的基础上,显著提高了MEMS陀螺系统的性能指标,拓展了MEMS陀螺在微纳卫星的应用范围。     

捷联惯导系统数据采集卡的设计

介绍了利用FPGA实现激光陀螺捷联惯导系统数据采集卡的设计。采集电路是激光陀螺捷联惯导系统中非常重要的组成部分,在深入分析激光陀螺和加速度计的输出信号的基础上,完成了基于FPGA的数据采集电路的设计,使用IP核来实现数字滤波模块,通过实验表明,该采集卡计数实时而准确,滤波效果达到设计要求,采用FPGA大大简化了装置,提高了系统的简易性和配置的灵活性。     

基于最小分辨率的MEMS陀螺漂移抑制方法研究

针对油气井MEMS陀螺定向测斜仪存在的漂移大,精度较低的问题,本文从实际工程应用角度出发,在研究MEMS陀螺仪输出信号漂移特性的基础上,提出了基于最小分辨率的MEMS陀螺漂移抑制方法,利用输出采样的差分值,从MEMS陀螺输出中将传感信号和漂移信号分离,同时通过静态测点对漂移进行估计.实验表明,该方法大幅提高了仪器测量精度,使定向精度提高50％以上,同时该方法为其它类似传感器漂移抑制提供了一种有益的参考.     

基于改进SPI的多量程MEMS虚拟陀螺研究北大核心CSCD

文中设计了多量程MEMS虚拟陀螺,解决了现阶段微机电系统(MEMS)虚拟陀螺不能兼容载体对陀螺仪精度和量程的问题。提出一种改进SPI的新型数据采集方式,在改善数据读取速率的同时增强了数据实时性。在静态测试中,该阵列经过滤波融合后,1σ标准差降低了76.8%,零偏不稳定性降低了89.1%;在模拟动态测试中,通过选取最佳量程数据进行滤波融合与姿态解算,该阵列最终姿态角偏离程度最小。实验结果表明多量程MEMS虚拟陀螺融合效果与降噪能力都优于单一量程虚拟陀螺。     

利用MEMS综合微加工方法实现的非全硅微陀螺技术

本文的主要内容包括(1)简要介绍了硅微型陀螺仪的分类及其基本工作原理,包括硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪、振动轮式微机械陀螺仪、硅微型框架驱动式陀螺仪.(2)详细介绍了以微陀螺为核心的微型惯性测量系统的组成,在应用中的关键技术,主要问题及解决途径,并展望了微型惯性测量系统的发展前景.(3)提出了利用MEMS综合微加工方法实现的非全硅微陀螺技术.     

基于陀螺仪的汽车列车轮速测量系统

根据汽车列车制动协调性测试的特点与需求,设计了一种基于陀螺仪的汽车列车轮速测量系统。对这一测量系统的结构进行了介绍,对轮速信号采集模块中的传感器单元与电路进行了设计,对陀螺标定问题进行了研究。这一汽车列车轮速测量系统安装方便,所得数据精确,便于后续分析处理。通过试验确认了这一测量系统的应用效果。     

基于FPGA和DDR2的通用信号采集系统研究

在进行通用信号采集时，针对大容量、高频率的常见信号的采样需求持续存在。本文基于FPGA嵌入式系统的研究方法，设计通用信号高速采集系统，通过设计采集电路、编写FPGA程序、使用DDR2内存提高数据存储效率，实现通用信号的高速采集、存储与传输。系统搭建了通用信号高速采集硬件系统平台，设计信号的调理电路以及A/D转换电路，根据通用信号高速采集系统的需求设计了采集数据的缓存机制。本系统实现了2种采样速率下对通用信号的高速采集功能，采集数据具有很好的准确性，满足大容量、高频率的通用信号的采样要求。     

多通道MEMS陀螺仪数据采集系统设计

针对现有仪器对MEMS陀螺仪零偏与标度因数相关参数的测试只能进行单片测试,在进行批量测试时效率较低的问题,设计了一套利用ARM以及虚拟仪器软件LabVIEW实现MEMS陀螺仪多路数据采集的测试系统。由ARM对多通道MEMS陀螺仪进行数据采集,通过串口通信的方式将采集的数据信息上传到上位机,虚拟仪器软件LabVIEW对采集的数据进行显示、处理、分析以及储存,实现了多路数据信息的实时监测与采集。经实际验证,该系统运行情况良好,并且较为灵活,可根据不同需求进行修改,具有较强的通用性。     

光纤陀螺仪自动测试系统设计

为了满足多种型号光纤陀螺仪的复杂测试需求,该文设计了一种光纤陀螺仪自动测试系统。该测试系统具有基于FPGA的硬件主板与模块化可更换的陀螺仪电源、信号采集子板,支持多串口测试协议,采集的数据通过串口转换后统一发送到上位机软件端进行存储、分析和显示,可导入模板实现测试、参数标定全程自动化,并生成统计报表。该系统遵循GJB 2426A—2004标准,能兼容市面90%以上的各型光纤陀螺仪,可自动化完成光纤陀螺仪的基本性能测试,大大提升产品研发检测的效率。     

Ф-OTDR振动检测系统设计与FPGA实现

针对Ф-OTDR振动检测系统数据庞大、处理缓慢的问题,通过对硬件采集电路的设计和上位机控制软件的编写,运用FPGA高速采集技术对搭建的Ф-OTDR分布式光纤传感系统进行了优化,显著提升了系统的响应速度,从而可实现10 km光纤上振动信号的有效检测与定位,且定位误差为20 m。因此,基于FPGA技术的信号高速采集系统有助于Ф-OTDR在振动测量领域的推广和应用。     

基于FPGA的电容式声压传感器阵列信号采集存储系统

针对水下声信号探测和电容式声压传感器阵列工程应用的需求,设计了一种应用于该传感器阵列的信号采集存储系统。该系统解决了实际应用中电容式声压传感器阵列输出信号无法直接检测、电容变化-电压变化转换精度低等问题。该系统以FPGA为控制核心实现该传感器阵列不同阵元的电路匹配,同时完成信号的预处理、采集及存储。系统测试过程中,采集并存储电容式声压传感器输出信号,并通过上位机对存储信号进行读取,测试结果表明:该系统在水下工作稳定,可正确记录水声信号。     

基于雪崩光电二极管阵列的化学发光测量系统设计

以开发便携式化学发光免疫分析仪为应用目标,进行了基于雪崩击穿光电二极管阵列（SiPM）化学发光测量系统软硬件平台的设计。系统采用ARM9为主处理器,负责数据分析、无线通信与人机交互界面功能的实现;采用FPGA控制高速A/D转换器进行信号采集和数据缓存;具体进行了各功能模块之间的接口设计。     

全自动陀螺经纬仪寻北技术研究

分析陀螺经纬仪工作原理,探索实现陀螺经纬仪自动化的关键技术,设计了陀螺仪数字测量单元、陀螺仪灵敏部自动升降单元、粗寻北自动控制单元,经DSP和CPLD的总体控制协调,结合全自动寻北算法方案,完成了一种与精寻北相结合的自动化寻北系统的实验装置,实现光标自动采集、仪器操作的自动化与智能化、寻北结果的计算与显示等功能,测量时间为12min时,寻北精度(1σ)为6.3";测量时间为4min时,寻北精度(1σ)为18.7".     

基于FPGA的多路微位移精确监控系统设计

文中提出了一种基于FPGA的精确监控系统设计方法,应用于微机电系统(MEMS)中微位移信号的实时采集分析。系统采用高精度电容传感器作为位移敏感元件,使用CycloneⅡ系列的FPGA作为主控芯片,实现对多块模数转换芯片ADS1251的分时采集控制。将多路数据打包通过UART通信模式发送至PC机,实现-4.33~4.33μm微位移的精确监控。经Multisim12.0和QUARTUSⅡ9.0仿真验证表明:系统稳定性良好,微位移分辨率达到16.52 pm且监测误差小于0.6%。     

一种激光挠测量系统的实现

本文介绍了一种用于大型土木工程结构的投影式光学挠度测量系统。系统由激光器、光接收器件及其外围信号采集处理电路组成。光接收部分采用特殊的光电接收器件取代传统的CCD或PSD,使测量范围得到扩大;外围电路部分采用现场可编程逻辑阵列FPGA器件作为核心。通过这种设计,系统的量程和可扩展性得到改善,实现了通道复用。实验室证明,系统的测量范围可以达到210mm,分辨率达到0.005mm,可完成结构的静态及动态挠度测量。     

基于FPGA的多类型混合信号采集存储系统设计

动态测试领域当中,常常需要测控系统同时完成多类非电量信号以及多类数字信号的测量。为满足这一要求,提出了基于FPGA的多类型混合信号采集存储系统的设计。该系统以FPGA作为中央逻辑控制单元,实现多类型传感器信号的测量、滤波、A/D转换,以及多路电量信号、RS-422信号、CML标准的图像信号等的采集与存储。经试验验证,该系统性能稳定,数据存储可靠,满足实际测试要求。     

卡尔曼滤波在MEMS惯性姿态测量中的应用

由于测控成本和有效载荷的限制,一般采用微机电系统(MEMS)惯性传感器来测量小型无人机的飞行姿态。在MC9S12XS128单片机上通过嵌入式软件编程实现了卡尔曼滤波算法,并在JZJ-1型自准直仪转台上对MEMS加速度计和陀螺仪的输出信号进行了数据融合试验,较好地解决了MEMS惯性测量系统的零漂和机械振动干扰问题。     

便携式硅谐振式压力传感器数据采集系统

针对硅谐振式压力传感器的使用需要,设计了一种基于FPGA平台的便携式数据采集系统。在分析传感器工作原理的基础上,提出使用等精度测频法实现对传感器输出信号的高精度采集,并搭建了基于LabVIEW的自动测试平台。通过与标准频率计对硅谐振式压力传感器进行的对比测试表明,系统平均相对误差优于0.001%,能够满足使用需要,且大幅了减小系统体积,为智能化传感器和压力测量系统的搭建开发提供了平台。     

基于FPGA的出砂信号同步采集与存储系统设计

为满足油气田生产中对油气井出砂信号的采集需求,针对传统出砂监测系统采集数据量小、分辨率低、结构复杂等问题,研究基于FPGA的超声阵列同步采集存储系统。采用FPGA+ARM组合的"漏斗形"设计架构,结合油气井出砂信号的指标要求,设计基于AD9650的多通道采集电路,实现对线形阵列分布探头信号的采集。此外,为减少无效通信数据量,准确捕获有效信号区域,同步缓存多通道数据,设计了出砂信号抽取检测模块,提出了多体并行缓存模组解决方案。结果表明,该系统对油气井出砂信号数据有着高效、快速的采集处理能力,满足了复杂环境下的数据采集要求,有效提高了油气井出砂信号实时监测的精度与效率。