光纤陀螺温度漂移建模与补偿

分析了光纤陀螺温度漂移产生的基本原理及其主要的影响因素.在对某型光纤陀螺进行大量高低温环境试验的基础上,根据试验数据,建立了一种零偏温度补偿模型.采用最小二乘逼近的方法,确定了模型参数,实现了对该陀螺零偏的补偿.通过对未参加建模的试验数据进行补偿,进一步验证了模型的正确性和通用性.实验结果表明,光纤陀螺经模型补偿后零偏基本可以减小2个数量级,零偏稳定性可以改善近80%,完全满足实时补偿的要求,具有较强的工程实用价值.     

基于插值法的MEMS陀螺温度补偿方法

温度对微机电系统(MEMS)陀螺零偏影响较大,是影响其测量精度的主要因素之一。该文通过温度循环试验,建立了陀螺零偏与温度间的关系。采用多元逐步回归法和温度分段插值法建立了陀螺零偏温度补偿模型。试验结果证明,两种方法均能准确地反映陀螺零偏随温度变化的情况,且温度分段插值法可以消除明显的趋势项。与多元逐步回归法相比,补偿后全温零偏误差的峰峰值由0.025 (°)/s减小到0.015 (°)/s,全温零偏稳定性由32.9 (°)/h提高到14.2 (°)/h。     

激光陀螺组合零偏温度补偿研究

温度是影响激光陀螺零偏的重要因素。将激光陀螺零偏分成与温度无关的常值零偏和与温度有关的趋势项零偏两部分,常值零偏可通过标定实验补偿。对于趋势项零偏,在-40～+60℃全温范围内,通过大量的重复性温度实验,建立了趋势项零偏与温度变化的分段多项式回归模型。运用该模型对高低温实验数据进行补偿,然后进行标定补偿,补偿后结果表明,基本上消除了陀螺零偏,且满足工程上的实时性要求。因此,该补偿方法具有很强的工程实用价值。     

石英音叉陀螺等效参数的测量与分析

分析了石英音叉陀螺连接电路中采样电阻的等效电容(电容特性)对测试的影响,求出了陀螺等效参数,找出了理想工作点.根据陀螺连接电路,针对考虑和不考虑采样电阻的等效电容两种情况进行建模,利用基于初等反射阵(Householder矩阵)变换的最小二乘法求出陀螺两组等效参数,通过仿真对比说明了采样电阻的等效电阻对测试结果有影响,测试中必须考虑.通过求得的参数进行仿真研究,说明了陀螺的真实串联谐振频点为陀螺的理想工作点.     

石英音叉陀螺不同谐振频率点性能分析

分析了石英音叉陀螺驱动端振动速度幅值在3个不同谐振频率点的稳定性.首先根据机电等效理论得出陀螺驱动端的串联支路电流等效于音叉叉指振动速度;然后通过分析串联支路导纳的幅频特性,得到串联支路电流在不同谐振频率点处对频率的敏感度不同;最后针对闭环驱动电路中存在的微小频率跟踪误差,对等效电路进行仿真分析,得出了在串联谐振频率点处对陀螺进行闭环控制将使音义振动速度幅值波动最小的结论.     

石英MEMS陀螺的结构特性分析

介绍了石英微机电系统(MEMS)陀螺的工作原理及敏感芯片的音叉结构特点,采用有限元法分析了敏感芯片的结构特性,并对结构进行优化。利用石英晶体的压电效应,设计了合理的电极布局,并结合敏感芯片结构特点介绍了其微机械加工工艺。通过结构优化和合理的电极布局,提高了石英MEMS陀螺的性能。     

石英音叉陀螺最佳谐振频率点的分析与控制

分析了石英音叉陀螺驱动端叉指振动速度幅值在3个不同谐振频率点的稳定性,实现了最佳谐振频率点的控制。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音叉振动速度;然后分析了串联支路导纳的幅频特性,得出在串联谐振频率点处音叉振动速度幅值受频率抖动影响最小的结论;但实际求得的谐振频率点与真实谐振频率点之间存在差别。设计移相电路,调整移相电路的阻容值使陀螺工作在不同的谐振频率点,通过比较可以看出在真实串联谐振频率点处陀螺驱动端叉指振动最稳定;调整移相电路的阻容值使其产生3.78°的相移可使陀螺工作在真实串联谐振频率点处。     

温度约束的MEMS陀螺零漂补偿模型

针对现有MEMS零位随机漂移的缺陷,本文建立关于温度约束的确定性模型MEMS陀螺零位漂移补偿模型.首先,依据MEMS陀螺信号的测量模型,将陀螺信号误差分解为确定性误差和随机性误差,针对由温度引入的确定性误差,建立温度-零偏和温度-主频率分量确定性约束模型,有效消除信号序列中的温度引入趋势项和辨识周期项;其次,利用自回归滑动平均模型(Auto-Regressive andMoving Average Model,简称为ARMA模型)逼近MEMS陀螺信号中的随机误差项,准确地预测出随机误差的变化趋势;最后,采用Kalman滤波优化ARMA模型的预测效果,进一步提高模型的状态估计精度.理论分析和实验结果验证了该模型的鲁棒性和有效性.     

二频机抖激光陀螺温度漂移补偿的初步研究

从实验上研究了二频机抖陀螺的零偏和温度的关系。通过重复性温度实验,利用最小二乘法得到了拟合曲线表达式。结果表明,二频机抖陀螺的零偏和温度具有较好的线性关系和重复性,可以通过温度补偿来提高陀螺的精度。     

一种基于Kalman滤波的陀螺误差标定方法

针对微惯性连续测斜装置中陀螺测量精度受噪声干扰、安装误差和零漂的影响,提出了一种基于Kalman滤波的陀螺误差标定方法。以微型石英振动陀螺仪为研究对象,运用Kalman滤波对陀螺的原始测量值进行滤波,分析陀螺零漂随温度的变化关系,结合已有的误差标定模型,得到了一种改进的全温范围内的陀螺误差标定模型。通过实验验证,与传统标定方法相比,提出的陀螺标定方法的测量精度提高了1~2个数量级,验证了该标定方法的可行性,对工程应用具有重要意义。     

石英音叉陀螺芯片工艺误差的影响分析

加工高质量的石英音叉需要解决工艺误差导致的机械耦合误差及频率漂移等问题.使用测量显微镜对石英音叉驱动叉指的长度和宽度在主要工艺过程中的变化进行了测量,其中以石英音叉化学腐蚀引入的尺寸误差较大.采用有限元法建立了引入工艺误差的仿真模型,得到的仿真结果更接近实际测试数据.质量平衡调节可以有效地补偿工艺误差,消除机械耦合误差,提高石英音又陀螺的性能.     

石英音叉微细加工若干问题探讨

采用基于半导体工艺的光刻、化学腐蚀等微细加工方法在石英晶体基片上批量制作石英音叉。化学腐蚀石英音叉时，叉指的一个侧面中央有棱角，腐蚀速率先慢后快有利于棱角的消除，但去掉棱角的主要方法是增加腐蚀时问；实验探索了能够耐受长时问腐蚀液浸泡的Cr／Au掩模的制作方法和工艺，成功地腐蚀出石英音叉样品；选用黑白反相的十字套准标记进行石英音叉图形的双面光刻套准可以减小人为对准误差，腐蚀出的双面音叉图形的套准精度可小于3μm。石英晶体结构的三角对称性和Cr／Au掩模的耐腐蚀性是限制微细加工制作石英音叉达到理想形状的关键。     

一种用于石英音叉光声检测的前置带通滤波器

针对石英增强光声检测系统中石英音叉共振信号的特征及提取要求,设计了一款六阶切比雪夫有源模拟带通滤波器。根据切比雪夫滤波器理论和Sallen-Key拓扑结构模型完成实际电路的设计,并通过石英音叉共振特性测试实验对滤波器的性能做出了验证。实验结果表明,该滤波器能对石英音叉光声信号进行滤波去噪并无失真放大,其性能指标满足:通频带宽935 Hz,波纹0.8 dB,带外衰减51 dB,品质因数(Q)值35.09,能有效抑制环境噪声,可用于石英增强光声光谱检测领域光声前端信号的处理。     

Improved Design and Modeling of Micromachined Tuning Fork Gyroscope Characterized by High Quality Factor

This paper proposes an improved design of micromachined tuning fork gyroscope （M-TFG） to decouple the cross talk between driving and sensing directions better and to increase resolution. By employing dual-folds spring suspension, the drive mode and the sense mode are mechanically decoupled. Through careful layout design of the location of the dual-folds spring suspension and the drive combs, the mechanical coupling effect is further decreased by isolating the unwanted excitation from detection. The quality factor investigation demonstrates that high quality factor can be attained by using this structure, which can bring in accurate resolution. As a result, this design has the potential to accomplish low bias drift and accurate resolution for initial level applications.     

音叉式石英晶振谐振频率的非电学快速测量方法

设计了声激励和光激励两种非电学快速测量音叉式石英晶振谐振频率的方法。不同于传统的电激励测量法,在外部激励源激发音叉振动同时,使用一束探测光把音叉振臂的振动信号转化成光强变化信号,从而避免了在测量中压电效应的使用。在声激励实验中,对比了不同的声波发生器和有无导声管的激励效果,优化了声波激发位置;在光激励实验中,研究优化了光束激发的位置。     

压电音叉频率特性检测系统研究

压电音叉广泛应用于工业领域,其频率特性是工程技术应用的关键指标。传统的压电音叉频率的检测效率低、适应性差,为了精确地测定压电音叉的频率特性,提高测试效率,该文以工业中常用的音叉物位计为对象,设计了基于ARM9的频率特性检测系统,此系统能够显示压电音叉的固有频率,以判断是否符合要求,提高了效率和精度。