基于平板电极的半球谐振陀螺全角技术研究

全角模式下的半球谐振陀螺是速率积分陀螺,具有测量范围宽、带宽高和精度高等特点。该文对由谐振子和平板电极组成的两件套半球谐振陀螺的全角模式进行了研究,介绍了全角模式振型控制与信号解算方法;通过FPGA+DSP的构架,实现了全角模式半球谐振陀螺振型控制,并解算了驻波方位角。实验数据证实,研制的两件套半球谐振陀螺样机能够实现速率积分陀螺的功能,测量范围达±400 (°)/s,陀螺最大系统漂移20 (°)/h。相对于力平衡模式半球谐振陀螺,其拓宽了半球谐振陀螺的测量范围,为进一步提升全角半球谐振陀螺的精度奠定了基础。     

Cordic算法在半球陀螺中的应用及实现

半球谐振陀螺仪是一种新型长寿命、高可靠和高精度固体振动陀螺仪,其谐振频率会随环境温度的改变而变化,这种变化会对陀螺的控制精度产生不利影响。在介绍半球谐振陀螺基本控制原理的基础上,提出了一种基于Cordic算法的数字锁相环(DPLL),并给出Cordic算法的原理及在现场可编程门阵列(FPGA)上的设计方法。通过Modelsim仿真软件给出了时序仿真结果,系统主时钟20 MHz,频率精度为0.004 6 Hz,相位精度为0.06°,7.2万门FPGA的资源利用率为65%。性能测试结果表明,在4.5~5kHz内,该低频数字锁相环实现了对半球陀螺频率、相位缓慢变化的精确跟踪功能。     

基于FPGA的压电半球谐振陀螺数字测控系统设计

为了控制并提高压电半球谐振陀螺仪的检测精度,采用力反馈模式下的驱动检测方法实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的半球谐振陀螺数字式闭环测控系统,并完成了硬件实现。最后,通过对数字测控系统的仿真和转台测试实验,得到陀螺标度因数为1.428mV/(°/s),验证了此方法的有效性。     

多环谐振式微机械陀螺频率跟踪电路研究

由于多环谐振式微机械陀螺的谐振频率较高,传统的数字控制电路对陀螺幅点信号的频率跟踪难以同时兼顾精度和速度的要求。在传统半球陀螺数字控制电路的基础上,提出了一种适用于多环谐振式微机械陀螺仪的频率跟踪电路,并首次运用于多环谐振式微机械陀螺。该电路以高速A/D转换电路为基础,通过对幅点信号高速采样计算频率和相位信息,并通过CORDIC算法产生输出信号。测试结果显示,该电路使多环谐振式微机械陀螺幅点信号的频率跟踪精度达到了0.78Hz,频率跟踪时间小于40μs,使控制电路的性能得到了极大提升。     

压电式微固体模态陀螺谐振频率自动跟踪电路

压电式微固体模态陀螺振子通过交变电压激振、传感电极感应出电荷。当激励电压频率为某阶振动模态谐振频率时,感应电荷达到最大值。设计了谐振频率自动跟踪电路,使陀螺稳定工作在谐振模态。使用现场可编程门阵列(FPGA)控制直接数字频率合成器(DDS)产生频率精确可调的激励电压,驱动陀螺振子振动。检测谐振点对应的激励电压和感应信号间的相位差,作为反馈信号调节激励电压频率。实验结果表明,当相位差锁定区域处在98.48°~100.27°时,振子感应电极输出信号最大,振子处于谐振状态,实现了振子谐振频率的跟踪锁定。该系统可用于以谐振器为核心器件的振子工作模态锁定与跟踪。     

力平衡模式下半球谐振陀螺数字控制回路设计

由于半球谐振陀螺(HRG)特殊的工作原理、制作工艺及装配误差对陀螺精度和性能的影响,需控制电路对其进行修正和补偿,现有半球谐振陀螺控制电路对陀螺的精度提高有限,仅达0.07(°)/h。该文主要阐述了半球谐振陀螺在力平衡模式下的工作原理,对半球谐振陀螺的误差进行了分析,介绍了比例、积分、微分(PID)控制算法,并对所设计的数字控制回路进行分析。试验结果表明,采用该数字控制回路设计方案能有效改善半球谐振陀螺性能,与已有控制电路比,陀螺精度可达0.005(°)/h,更好地满足了其应用于航空领域的精度要求。     

半球谐振陀螺温度特性及补偿分析

半球谐振陀螺仪(HRG)是一种高精度、高可靠、长寿命的新型固体振动陀螺仪。温度变化会影响半球谐振陀螺的漂移、零偏等性能指标。为减小这种影响,该文通过研究分析半球谐振陀螺的温度特性,设计了温度补偿电路。采用温度补偿电路后,半球陀螺漂移精度从0.05 (°)/h提高到0.03 (°)/h。     

压电谐振器数字化闭环驱动电路

为使微机电系统(ME MS)压电谐振器工作在谐振频率点并使其输出信号幅值稳定,该文采用基于现场可编程门阵列(FPGA)数字化的双闭环控制算法来实现共振频率跟踪和稳幅激励,数字化双闭环控制算法包含锁相闭环算法和稳幅闭环算法;采用模数转换器(ADC)对压电谐振器输出信号采样,使用两路正交信号对被采样信号的相位和幅值解调;采...     

高精度半球陀螺球面电极刻蚀

半球谐振陀螺球面电极的刻蚀精度直接影响了谐振子驻波的控制准确性,以及在特定方位角读出信号采集的精度。该文采用激光对准的方式实现了半球陀螺超高对称球面电极的刻蚀,克服了传统对准法的低精度缺陷,将控制电极和读出电极的位置偏差角降低1个数量级(误差角±0.2°),有效提高了半球谐振陀螺制造精度。     

基于FPGA的压电变压器相位控制的设计与研究

与脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)及PWM/PFM混合控制相比,压电变压器DC-DC转换器的相位控制法具有效率高,输出稳定等特点。该文基于现场可编程门阵列(FPGA)并行的特点设计了新型鉴相器,利用实测得不同负载下相位差与频率、占空比的关系曲线变化规律的一致性,提出了相位控制算法,实现了窄带(谐振频率附近1kHz内)条件下压电变压器(PT)谐振频率的跟踪和DC-DC转换器的稳压。以多层MPT300650L0和单层PT3906BR升压变压器为例进行了验证,实验结果表明,该文基于FPGA设计的压电变压器DC-DC转换器的相位控制方法不仅可行且具有通用性,当输入电压为3.3V时,输出电压为100V。     

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频,采用相位调制光外差（PDH）激光稳频技术,搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征;设计基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字式解调和反馈控制电路,在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调,再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明,在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调,经Allan方差计算,频率漂移的方差值可达10-11,即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。     

MEMS半球谐振陀螺的角速度积分及其FPGA设计

微电子机械系统(MEMS)半球谐振陀螺是MEMS微陀螺领域的研究热点,能工作在角速度积分模式下,具有体积小、质量轻、功耗低、成本低、对称性高、Q值高,以及精度高等优点.文章给出了一种微型半球谐振陀螺的结构,研究了其工作原理以及检测方法,设计了一种数字式MEMS半球谐振陀螺仪的角速度积分工作模式方案及其FPGA实现方法,以完成目前MEMS半球谐振陀螺的角速度积分模式的控制与检测工作.     

检测误差对半球谐振陀螺进动因子的影响分析

全角(WA)模式的半球谐振陀螺(HRG)进动因子只与球壳谐振子的物理尺寸有关,但由于读出电极非正交耦合及间隙失配、检测电路增益误差等检测误差,导致进动因子的周向一致性退化。该文首先对理想半球谐振陀螺的进动因子进行了理论推导,然后针对检测误差对进动因子的影响进行了分析,结合具体的全角模式控制电路与算法,提出了检测误差的校正方法,最后通过实验验证了该校正方法的有效性。实验结果表明,进动因子的周向一致性提升了2个数量级。     

基于谐振式光学陀螺的RS422传输系统设计

为实现谐振式光学陀螺中现场可编程门阵列（FPGA）主控芯片与上位机之间的数据传输需求,便于实时调整陀螺的各项参数、优化陀螺的工作状态。该文采用全双工通信RS422串口与USB接口实现了基于FPGA的谐振式光学陀螺数字检测系统与MATLAB上位机的连接。在分析了陀螺的工作原理的基础上,重点开展了RS422串口在陀螺系统中的软硬件和上位机通信功能设计。实验结果表明,该数据传输系统工作稳定,灵活可靠,能较好地实现谐振式光学陀螺与MATLAB上位机间的数据传输。     

基于FPGA的智能超声马达驱动信号源设计

针对超声马达独特的工作原理、特性及其驱动控制需要,设计了基于FPGA(现场可编程门阵列)的采用DDS(直接数字频率合成器)技术实现的超声马达驱动信号源.给出了DDS的核心部分及DDS与单片机的接口设计,两者都采用Altera公司FPGA芯片EPlK100实现.信号源输出两相正余弦波,且可数字控制频率及相位差.在时钟频率为60 MHz时,频率分辨率为0.447 Hz,最大输出频率为117 kHz,相位分辨率为1.406..文中给出了在MATLAB环境下得到的仿真波形.     

力反馈模式半球谐振陀螺幅度控制方法优化

半球谐振陀螺(HRG)幅度控制环路用于陀螺的振动激发和振动幅度维持,工作于力反馈模式的半球谐振陀螺,其标度因数与陀螺振动幅度成正比。该文对半球陀螺力反馈模式工作原理进行了理论推导,然后分析了传统幅度控制方式受外界温度变化、电子元器件老化等原因影响,将会导致半球陀螺标度因数发生变化,最后提出了半球陀螺幅度控制的优化方法,在实现相同标度因数稳定性的的情况下,大幅降低电路实现难度。     

基于DDS技术的F-P滤波器非线性补偿设计

设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)控制的可调谐光纤法布里-泊罗(FFP)滤波器的光纤光栅解调系统。并根据FFP的扫描特性使用FPGA生成FFP驱动电源。针对FFP压电陶瓷(PZT)的非线性特性,通过在FPGA中使用直接频率合成(DDS)技术对其进行线性补偿。补偿后线性度达到0.997,离散差值对应于扫描波长漂移,该值从补偿前的1.117nm被有效地控制在0.2nm范围内。     

谐振式光纤陀螺开环响应测试

谐振式光纤陀螺是基于光学Sagnac效应来测量载体旋转角速度的一种新型传感器.利用调相谱检测技术,建立了谐振式陀螺的开环响应测试系统.利用自行研制的锁相放大器和反馈控制电路,得到了线性度很好的解调曲线.从解调曲线的线性工作区可进一步得到系统的动态范围高达+4.2～-4.2rad/s.通过对顺时针和逆时针光路采用不同的频率调制,成功地观察到对应两个不同旋转方向的陀螺开环响应输出信号.最后,对系统的零漂进行了测试,在5s时间内观察到系统的零漂为0.02rad/s.     

基于FPGA的AD9915控制设计

为了满足雷达对信号源的质量要求,设计了一种基于FPGA（现场可编程门阵列）+DDS（直接数字式频率合成器） 的控制架构。根据AD9915的特点设计了控制系统的硬件结构并给出了FPGA的软件控制流程。通过FPGA控制DDS芯片产生700MHZ到740MHZ之间的扫频信号,证明了输出波形可满足雷达的性能需求。     

基于调相谱技术的谐振式光纤陀螺检测电路数字化研究

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器.针对调相(PM)谱技术的R-FOG系统方案,研究了基于坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法的数字同步检测电路.通过单片可编程逻辑器件(FPGA)可同时实现调制信号产生、同步解调以及信号处理,从而使R-FOG检测系统更加稳定、灵活.对基于CORDIC算法的频率合成技术和同步检测电路做了分析和测试.将设计的数字检测电路应用于R-FOG系统,完成了陀螺转动信号的观测.