基于LabVIEW的微机械陀螺自动测试系统开发

为了快速评估微机械陀螺的性能参数,结合NI PXI 4461数据采集卡,用LabVIEW软件实现了陀螺信号处理算法和若干关键指标测试功能,包括陀螺扫频测试、闭环驱动控制测试、标度因数和零偏等相关性能测试.实验结果表明,该自动测试系统借助LabVIEW强大的信号处理功能以及灵活的在线调试大大地提高了陀螺芯片测试与筛选的效...     

MEMS陀螺振动特性试验技术

对于MEMS振动陀螺来说,找到一个快速有效的方法来评估其结构参数是非常重要的,比如谐振频率和阻尼系数,应根据微机械陀螺设计和制作的不同阶段,从测试精度、测试速度和试验方便程度等方面考虑,采用不同的方法进行动态试验。本文给出了一种能够判断MEMS器件振动特性的可靠的电测试系统,并通过分析和实验比较了几种微机械陀螺振动系统传递函数的快速测定方法,分析讨论了微机械陀螺振动系统测试方法和数据处理等问题。     

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。     

微机械陀螺测试与标定技术研究

参照相关国军标,按照陀螺的主要精度指标、测试方法、标准和IEEE陀螺的测试规范,完成了由美国BEI公司研发的Gyro Chip Ⅱ微机械陀螺的标准化测试.通过在微机械陀螺标定试验中采用均匀测试方法所得到的标度因数等参数,与传统速率试验和漂移测试所得数据相比基本一致,却极大地减少了工作量,降低了测试成本;然后,用统计学中的t检验和F检验的方法分析了标度因数的显著性及方差,进而分析了该微机械陀螺的主要特性,验证了采用均匀设计进行测试的正确性,同时为进一步的建模奠定了基础.     

微机械陀螺的仿真与优化

微机械陀螺依靠振动模态频率来测量旋转角速度,通常微机械结构的振动模态相当复杂。虽然已有很多文章研究了如何调节驱动模态和敏感模态以获得最大的敏感度,却很少有人分析微机械陀螺的振动模态。振动模态与陀螺结构的设计参数有极大的关系,这些参数包括陀螺检测质量的尺寸、支撑系统的类型和尺寸,以及用以制造陀螺主体的多晶硅的残余应力。研究了一个静电驱动、电容检测、敏感垂直轴角速度的陀螺(也称平面陀螺)。同时,用有限元法分析法对微机械陀螺的结构进行了分析。     

微机械陀螺的多学科设计优化建模的研究

以梳状音叉式振动微机械陀螺为例,将多学科设计优化（MDO）方法应用到微机械陀螺的优化设计中。将微机械陀螺复杂系统分解为归属不同学科的多个子系统,阐明了在多学科设计优化中各子系统之间的相互关系。建立了微机械陀螺的结构设计、机械性能、电学性能子系统和系统级的多学科设计优化模型。用已研制的MMCDO多学科混合协同设计优化算法计算,得到了满意的优化设计结果。     

基于GPRS的陀螺综合虚拟测试系统设计

针对飞行器导航控制系统姿态信息的远程无线数据采集物理仿真及工程应用需求和数据采集系统应具有实时性能好、高精度及高可靠性等技术性能要求,设计和实现了陀螺远程综合测试系统;测试系统采用实验转台提供标准角速度信号,光纤陀螺作检测标准,待测陀螺为微机械陀螺;采用了巴特沃斯低通滤波器和滑动均值滤波器联合对采集的陀螺数据进行滤波处理;对标度因数、非线性度、最大角速度等部分常用技术参数的测试及计算方法做了分析,用辨识法对陀螺系统模型进行了建模,从而提高了数据采集的准确性;经实验验证,测试系统实现了远程无线数据采集的功能,被测陀螺的检测数据及陀螺模型能够反映实际效果,其准确性、实时性及供电系统的性能均满足了设计的预期要求.     

基于WLAN的陀螺综合虚拟测试系统设计和实现

针对陀螺测试和工程应用需求,设计和实现了陀螺综合测试系统。规划了设计方案;系统采用标准转台提供角速度信号,光纤陀螺作检测标准,待测陀螺为微机械陀螺;对标度因数、非线性度、最大角速度、零偏等部分常用技术参数的测试及计算方法做了分析,用辨识法对陀螺的系统模型进行了建模;采用虚拟仪器技术实现了对两路陀螺的同时数据采集、处理,数据和波形显示及数据存储等测试功能;采用了巴特沃斯低通滤波器和滑动平均滤波器相结合对采集的陀螺信号进行滤波;还实现了对实验现场的图像采集,在无线局域网(WLAN)内实现了数据共享和打印等实验功能。经实验验证,被测陀螺的技术参数检测数据能够反映实际效果,系统达到了设计要求。     

基于近似模型的y轴微机械陀螺系统级优化

提出一种基于近似模型的MEMS系统级优化方法,给出具体实现流程,并结合一个y轴微机械陀螺进行优化。该方法解决了如何得到近似优化目标函数表达式的关键问题。所得的y轴微机械陀螺优化参数,使得陀螺驱动模态谐振频率fx和检测模态谐振频率fz分别为3 074 Hz和2 998 Hz,两者之间相差7 6 Hz,较好的实现了模态匹配,且都在3 000 Hz的设计要求附近,约束条件也得到了满足。该优化方法为在MEMS设计中快速获得系统级优化方案提供较好参考。     

基于Labview的陀螺综合测试实验系统设计与实现

根据工程技术和教学实验的需要,针对光纤陀螺和微机械陀螺,采用LabVIEW软件设计了陀螺综合测试实验系统,给出了系统组成及功能、测试理论、软件面板图及软件原理图,对陀螺的主要参数:如测量范围、标度因数、线性度、零偏等进行了测试,并对测试数据进行了分析和比较,实验结果证明该测试系统设计是可行的,满足了陀螺测试的任务需要。     

Transition interface for improving the temperature characteristics of micromachined gyroscopes

This paper reports a method for improving the temperature performance of micromachined gyroscopes by using a transition interface between the sensitive structure and the vacuumed package. We analyzed the effect of transition interface on the thermal stress of the micromachined gyroscopes. The temperature dependence of the static capacitance, resonant frequency and zero output were experimentally studied over the range ?40 to 60 °C. A micromachined gyroscope suspended by a slanted beam was adopted in the experiment. In order to identify how the factors affect the temperature performance of the micromachined gyroscope, two types of the introduced gyroscopes were characterized. One was the original gyroscope having no transition interface, and the other was using 2 mm silicon as the transition interface. In contrast to the original gyroscope having no transition interface, the static capacitance and resonant frequency of the gyroscope adopting transition interface had a smaller temperature coefficient, especially for the static capacitance which has more than an order of magnitude improvement. As a result, the bias instability of the gyroscope improved to a higher level over temperature variations. It would provide a convenient and practical method for improving the temperature performance of micromachined gyroscopes.     

Optimal design and noise consideration of micromachined vibratingrate gyroscope with modulated integrative differential optical sensing

A novel design of a micromachined vibrating rate gyroscope is presented. The rate gyroscope consists of a suspended proof mass which is attached by indium bumps to a CMOS chip. The proof mass is excited to vibration by electrostatic force. The displacements due to rate are sensed optically, using CMOS-integrated photodiodes and analog electronics. System considerations, including the mechanical behaviour, optical sensing, electronics, and noise sources of the rate gyroscope, are discussed. An expression for the noise equivalent rate (NER) of the system is obtained in order to derive an optimal design approach for the rate gyroscope. Optimal design and simulations of a case study of a rate gyroscope are presented. The device shows the ability of sensing 1 deg/h even at moderate quality factors of the order of 5000 and low-excitation voltages of 2.25 V     

基于DSP的静电悬浮转子微陀螺测控系统

开发了一种基于数字信号处理器(DSP)的静电悬浮转子微陀螺的可视化闭环测控系统.该系统是在VC33DSP平台下,采用增量式PID算法控制器,对VC33DSP开发系统的外设A/D、D/A和PCI芯片进行编程应用.具体为使用VC++编写可视化界面,对PCI芯片编程实现DSP与PC之间通信,使用VC33DSP汇编语言编程实现数据的输入输出.经编程测试,增量式汇编函数能够有效运行,为静电悬浮转子微陀螺的悬浮、旋转等检测控制实现奠定了一定的基础.     

磁悬浮转子微陀螺及其悬浮力与稳定性的分析

磁悬浮转子微陀螺是一种集经典陀螺的工作原理与易实现微加工批量生产的特点于一体,可望得到高准确度的微陀螺。它是基于电磁场原理得以悬浮、旋转以及稳定;以ANSYS5.6有限元分析软件包为工具分析了悬浮线圈中的电流幅值和线圈宽度对悬浮力的影响规律;分析了磁悬浮转子微陀螺的运行稳定性,验证了稳定线圈能使微转子稳定运行,从而磁悬浮转子微陀螺的设计得以论证。进行的数值计算为优化微陀螺的结构设计提供依据。     

双自由度双解耦陀螺的结构设计与仿真

设计了一种新颖的陀螺结构,该结构采用双自由度设计增大检测带宽,并缓解了品质因数对陀螺灵敏度的影响;采用了双级解耦的结构设计,减小了驱动模态的同频耦合干扰.文中对结构进行了电学模型建模,并进行了相应的时域和频域分析.     

基于自适应控制的硅微振动陀螺仪驱动电路研究

硅微振动陀螺仪驱动模态的稳定性对其性能及可靠性有着重要作用.自激驱动能够使单个驱动模态稳定谐振在固有频率上,但对于双驱动模态,由于微机械加工误差的影响,固有频率存在偏差,很难实现频率匹配.研究了基于自适应控制的硅微振动陀螺仪的驱动电路设计,通过固定频率信号驱动和自适应调谐实现双驱动模态的一致性.理论仿真和实验结果表明该设计切实可行.     

微陀螺模态特性的参数化分析方法

模态分析是微陀螺结构设计的重要环节,针对一种采用L形截面悬臂梁支撑的微陀螺结构,提出了参数化的模态分析方法.建立了微陀螺的参数化模型,以VC作为封装ANSYS的APDL命令流的工具,开发了微陀螺参数化的模态分析模块.利用该模块研究了微陀螺模态频率随主要结构尺寸变化的规律,发现对模态频率影响较大的是硅结构的厚度和支撑梁的...