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.     

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。     

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。     

基于ASIC的石英音叉陀螺接口电路设计

石英音叉陀螺是振动型角速率传感器,广泛应用于精确制导、飞行器和稳定系统等军用领域,对其接口电路的现有的研究大部分还处于分立元器件PCB集成阶段,难以满足小尺寸、低功耗的现实应用需求。为此,设计一款基于ASIC专用芯片的陀螺接口电路,采用石英材料的音叉型敏感器件,实现高精度角速度测量。测试结果表明该电路在全温区具有较好的零偏稳定性,标度因数、非线性度、不对称度等重要参数均满足设计指标,达到预期效果。     

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。     

微机械音叉陀螺的误差源研究􀀁

定性地讨论了微机械音叉特有的一些误差源。主要有机械结构的Ｂｒｏｗｉｎａｎ噪声,电路噪声,等。对上述误差源的认识是微结构制造和电路设计的基础。     

自激驱动方式的振动式微机械陀螺全差动接口电路

以外框驱动内框检测(ISOD)的框架式振动陀螺为对象,采用CSMC 0.6μm标准CMOS工艺给出了驱动电路和检测电路的实现方式.仿真结果显示,同外加驱动方式相比,自激驱动方式能够让驱动电压工作于微机械陀螺的驱动谐振频率上,对温漂和时漂有很强的抑制作用,能够实现最大的检测分辨率,微机械陀螺性能显著提高.采用全差动工作方式相对于单端工作方式,可以有效的提高信噪比(SNR),并可以抑制共模噪声的干扰,并降低对高频载波的依赖度.在大气环境下,微机械陀螺的响应度为10 mV/deg,灵敏度为0.1°/S*Hz2.     

磁致伸缩材料与石英音叉复合低阻尼谐振磁电效应

采用磁致伸缩材料与石英音叉谐振器复合设计了一种低阻尼的谐振式磁电敏感单元。石英音叉工作在弯曲振动模式,音叉叉指结合区域(底部)产生的应力/应变方向相反、弯矩相互抵消,实际为解耦区域。将底部与磁致伸缩材料粘接复合设计谐振式磁电敏感单元的Q值主要取决于音叉谐振器自身的高Q值,磁致伸缩材料的高磁机阻尼被隔离。动态磁场作用下,磁-机-电转换过程可看作一个受迫振动过程,当激励磁场频率接近于音叉谐振频率时,输出电信号最大。实验结果表明:磁电敏感单元Q值高达5 034;谐振磁电电流系数达到799.2 nA/Oe;在接近谐振频率32.774 kHz信号激励下,磁电电流系数相对偏置磁场变化的灵敏度达到5 (nA/Oe)/Oe。     

耦合结构对音叉式陀螺振动特性的影响

耦合结构对MEMS音叉式陀螺振动特性具有重要影响。针对一种典型结构的音叉式陀螺及其耦合结构,在分析其工作原理的基础上,建立了其驱动模态的振动模型。基于该模型,计算了在陀螺刚度不对称、驱动力幅值不对称及质量不对称三种情况下,该耦合结构对陀螺振动特性的影响。利用有限元仿真软件,对该耦合结构在三种情况下对陀螺振动特性的影响进行了仿真比较。计算与仿真结果表明,通过改变耦合结构尺寸,能够调整陀螺固有频率,进而对振动特性产生影响。根据结果,提出了音叉式陀螺耦合结构的设计准则。     

硅微振动陀螺仪驱动器自激驱动研究

为了提高硅微机械陀螺仪的检测精度,稳定驱动振动速度的幅度和频率,采用了硅微机械陀螺仪自激驱动方式.该方式能够使驱动振动自动稳定在陀螺仪驱动模态的谐振频率上.同时,采用自动增益控制(AGC)保持恒定的驱动振动幅度.根据自激驱动电路原理和现有的陀螺样品,建立了陀螺仪驱动动力学方程的等效电路模型.设计、制作了自激驱动电路,仿真和实验结果表明该方法切实可行.     

微机械振动陀螺仪闭环驱动电路分析与设计

为了提高微机械振动陀螺仪输出信号的灵敏度,通常要求驱动信号频率与陀螺仪驱动模态的谐振频率相匹配,且驱动信号幅值稳定.驱动电压信号要满足这些要求,必须采用闭环驱动方式.完整地推导了闭环驱动电路的内在机理,探讨了自激振荡与锁相环两种实现方式,并给出了具体的电路原理框图.     

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.