无驱动硅微机械陀螺信号解调的研究

从无驱动硅微机械陀螺的敏感结构原理出发,对它的输出信号特征进行了分析,建立了相应的数学模型,提出使用最小均方差(LMSD)的算法对输出信号进行解调.使用MATLAB的数据处理方法,对仿真转台上得到的波形数据进行数字解调,将得到的结果与实际输入相比较,结果表明采用LMSD算法能够解调出陀螺的俯仰和偏航角速度信号.     

无驱动硅微机械陀螺信号解调的研究

从无驱动硅微机械陀螺的敏感结构原理出发，对它的输出信号特征进行了分析，建立了相应的数学模型，提出使用最小均方差（LMSD）的算法对输出信号进行解调。使用MATLAB的数据处理方法，对仿真转台上得到的波形数据进行数字解调，将得到的结果与实际输入相比较，结果表明采用LMSD算法能够解调出陀螺的俯仰和偏航角速度信号。     

石英微机械陀螺信号的数字解调

分析了石英微机械陀螺的信号模型.为实现灵活的参数调整、改善陀螺的性能和进行误差补偿,提出并实现了一种用于石英微机械陀螺的数字解调系统.该系统通过对陀螺输出信号和驱动信号进行数字化,并采用定点数字信号处理器(DSP)进行解调运算,实现了对石英微机械陀螺角速度信号的检测.     

无驱动结构硅微机械陀螺的信号处理

微机械陀螺因其微型化、低成本等优点,广泛用于微系统的姿态稳定与控制系统.研究了无驱动结构硅微机械陀螺的信号处理技术.通过硬件电路和软件算法及补偿技术,将旋转载体的滚动、俯仰和偏航的三维姿态角速度信号同时提取并输出.该陀螺可用于旋转载体的姿态测量和控制技术领域.     

硅微机械陀螺信号偏置电路设计

针对工程设计及硅微机械陀螺的技术要求,在原有的陀螺输出信号的基础上零位偏置,由双极性陀螺信号变为单极性陀螺信号,并把应用环境中的+12V单电源供电设计成正负双电源供电。根据传递函数,设计了电路,对电路进行了Pspice仿真,仿真结果显示电路设计正确,最后设计了PCB,经测试符合技术要求。     

无驱动硅微机械陀螺

报道了无驱动结构硅微机械陀螺,推导了输出电压方程。从方程表达式可看出,该陀螺输出信号包含旋转载体的偏航和俯仰角速度及自旋角速度的信息。通过实验说明如何在输出信号中提取相关信息,即输出信号的频率表示载体自旋角速度的平均值,输出信号的包络表示载体偏航和俯仰角速度大小的瞬时值,输出信号的极性由输出波形的相位超前和滞后确定。最后给出该陀螺目前所达到的主要性能指标。     

旋转载体驱动的硅微机械陀螺误差研究

根据陀螺敏感元件的动力学方程,论证了导致陀螺误差的4个不稳定参数.其中,载体旋转角速度和气体阻尼系数不稳定是主要影响参数.实验结果表明,在低气体阻尼系数情况下,陀螺由于载体旋转角速度不稳定导致输出信号的相对误差高于30%.根据动力学方程建立的二元回归数学模型,得到的相对误差与实验结果相吻合,即理论论证和实验验证相一致.     

硅微机械陀螺接口检测技术的研究

研究了微陀螺的电容变化率为１０＾７－１０＾－８时的微弱输出信号的检测技术,这是微机械器件研制中具有普遍性的技术难点。在研究检测微小电容变化量的积分电路的基础上,进一步采用了可抑制低频噪声和漂移的相关双采样技术,以及抑制由开关电荷注入引起的误差的技术。     

二维硅微机械陀螺的研究

报道了一种依靠载体的旋转作为驱动,能敏感载体偏航角速度与自转角速度的二维硅微机械陀螺的原理、硅摆制作、敏感元件封装和检测。分别用仿真器和速率转台对其二维特性进行测试,结果证实该硅微机械陀螺能够敏感旋转载体的偏航和旋转体自身的角速度,比例系数随旋转角速度增加而增加。陀螺性能测试说明这种陀螺达到中等精度的使用要求。     

一种高性能的硅微谐振陀螺

基于谐振敏感原理,设计了硅微谐振陀螺,它具有直接的准数字式频率输出、高灵敏度、参数设计灵活等优点,其结构包括质量块、悬臂梁、杠杆放大机构、双端固支音叉(DETF)、激励和检测梳齿.内外质量块结构和杠杆机构特殊设计可以实现结构解耦;质量块外置、杠杆放大结构及双DETF结构可以改善结构灵敏度.模态分析和谐响应通过A.NSYS进行,公式运算和参数优化通过MATLAB实现.从仿真结果可以看出,陀螺的灵敏度值为75 mHz/(deg/s),且实现了自解耦.     

Z轴硅微机械陀螺仪温度特性研究

硅陀螺仪是近年来发展起来的一种新型角速度传感器,温度变化是其主要误差源之一.分析了温度变化对硅微陀螺仪的谐振频率和品质因数的影响,并选择常温下机械品质因数不同的两个陀螺在-40℃～80℃温度范围内进行测试,得出机械品质因数和谐振频率随温度变化规律.实验结果验证了陀螺仪谐振频率随温度升高而线形下降;温度变化时,封装陀螺仪抽真空度对陀螺机械品质因数产生明显影响.     

旋转载体用硅微机械陀螺的相位研究

介绍了利用旋转载体自身旋转作为驱动力的硅微机械陀螺的相位提取技术。当陀螺的敏感轴平行于载体偏转平面时，硅摆所受的哥氏力最大，输出为正弦信号的峰值；当它的敏感轴和偏转平面垂直时，输出为正弦信号的零值。因此，以载体的自转信号为基准，通过比较输出信号波峰在输入基准坐标中相位的变化可知敏感轴的方向，进而能够确定旋转平面及载体在空间中的偏转方向。     

旋转载体用硅微机械陀螺的相位研究

介绍了利用旋转载体自身旋转作为驱动力的硅微机械陀螺的相位提取技术。当陀螺的敏感轴平行于载体偏转平面时,硅摆所受的哥氏力最大,输出为正弦信号的峰值;当它的敏感轴和偏转平面垂直时,输出为正弦信号的零值。因此,以载体的自转信号为基准,通过比较输出信号波峰在输入基准坐标中相位的变化可知敏感轴的方向,进而能够确定旋转平面及载体在空间中的偏转方向。     

几种FM数字解调算法比较

探讨了3种FM数字解调的算法,给出相应的公式推导,并由此得出了算法和系统模块。在此基础上,通过对TI公司的TMS320C54x系列DSP实际应用,分析了各种方法的优缺点及各自的应用场合,并对一段信号,采用3种方式解调的结果进行了比较。     

一种具有隔振框架的解耦硅微陀螺

提出了一种利用隔振框架解耦的硅微陀螺,其驱动模态和检测模态不仅有各自独立的支撑结构,还有各自独立的惯性质量块,隔振框架隔离了驱动结构和检测结构,减小了模态之间的交叉耦合;利用TMAH湿法腐蚀结合深反应离子刻蚀工艺,在n型〈100〉低阻硅片上制作出了微陀螺样片,并为其研制了配套的测控电路;测试结果表明,驱动模态频率为2.981kHz,品质因子为800,检测模态频率为2.813kHz,品质因子为34,刻度因子为38mV/(°/s),线性度优于0.8%,微陀螺在0.5h内的零偏稳定度为0.28°/s.     

一种具有隔振框架的解耦硅微陀螺

提出了一种利用隔振框架解耦的硅微陀螺,其驱动模态和检测模态不仅有各自独立的支撑结构,还有各自独屯的惯性质量块,隔振框架隔离了驱动结构和检测结构,减小了模态之间的交叉耦合;利用TMAH湿法腐蚀结合深反应离子刻蚀工艺,在n型<100>低阻硅片上制作出了微陀螺样片,并为其研制了配套的测控电路;测试结果表明,驱动模态频率为2.981kHz,品质因子为800,检测模态频率为2.813kHz,品质因子为34,刻度因子为38mV/(°/s),线性度优于0.8%,微陀螺在0.5h内的零偏稳定度为0.28°/s.     

杠杆耦合式微机械陀螺仪特性分析

基于机械杠杆的位移放大效应,提出了一种具有微杠杆结构的电容检测式微机械陀螺结构,所设计的杠杆放大机构设置在陀螺的检测模态中,通过杠杆将科氏质量块的检测位移放大传递到检测框上,以提升检测位移。建立杠杆结构陀螺的二阶振动微分方程,分析了杠杆结构对微机械陀螺结构静刚度和固有频率的影响,探讨了在不同结构条件下杠杆结构对检测位移的放大效果。通过仿真验证了理论的准确性与可行性,结果表明,在陀螺谐振情况下,可有效增大检测框位移60%以上,提升了检测位移,进而提升检测灵敏度。     

磁悬浮转子微陀螺的微细加工工艺研究

介绍了磁悬浮转子微陀螺的工作原理及有关的微细加工工艺。磁悬浮转子微陀螺的平面线圈是采用光刻、电镀及溅射等微细加工方法来实现的,微转子的加工有冲压、蒸铝沉积等方法,其中冲压能得到质量较好的微转子;上壳体采用体硅腐蚀来制作。初步的实验表明该方案是行之有效的。