磁悬浮转子微陀螺电容结构设计

为了实现磁悬浮转子微陀螺的电容检测,使用数值积分方法计算了新型磁悬浮转子微陀螺的电容值与转子倾斜角度的关系。计算确定了电容极板尺寸,电容的连接采用了差动电容的连接方式。通过电容检测电路,检测到了小角度输入范围内的陀螺输出信号。检测结果表明:该电容结构对于静态角度输入具有较好的线性响应,该微陀螺原形的电容结构能够检测到的转子倾斜角度可达到0.1°,对应的电容变化约为1 000 aF,满足了微陀螺对电容检测的要求。     

真空封装的硅微陀螺仪

研究了一种硅微陀螺仪,为了提高品质因数,将其封装在15.5 mm×6 mm的真空腔内.采用一种新方式实现了闭环自激驱动,该方式解耦了闭环驱动的相角和增益条件;优化设计了接口线路,消除了大部分耦合电容;推导开环检测时传递函数、静态灵敏度、带宽的表达式,并分析其影响因素.实验结果表明:驱动频率在1 h内相对变化量为0.000 22%;1 h内驱动幅度相对变化量为0.001 5%;标度因数为12 mV/(°.s-1),线性度为0.075 8%,陀螺输出信号噪声低于31.6μV/Hz12.     

光纤陀螺仪原理及数据读取方法研究

阐述了光纤陀螺仪(FOG)的基本特点,分析了Sagnac效应的基本原理,给出了VC 6.0环境下通过使用ActiveX控件进行串行通讯,实现光纤陀螺仪测量数据的读取的方法,分析了该方法具有的特点。为后续的数据处理作好准备。     

光纤陀螺温度漂移模型的PPLN辨识

环境温度变化造成的较大温度漂移始终是制约光纤陀螺(FOG)性能提高的重要因素．FOG温度漂移本质上是一组与温度有关的多变量非线性时间序列，为此采用投影寻踪学习网络(PPLN)方法建立新的FOG温度漂移模型．该方法结合了统计学中投影寻踪算法节点函数灵活的非参数估计特点和人工神经网络的自学习功能，具有简捷的网络结构和良好的鲁棒性能，对未知模型辨识能力较强．将该方法应用于某型FOG温漂模型实测数据的辨识中，经验证表明其具有良好的预测效果．     

磁强计和微机械陀螺/加速度计组合定姿的扩展卡尔曼滤波器设计

微机械陀螺近年来获得广泛应用,但是由于其性能较低,并不能提供长时间的稳定的姿态,必须和其它传感器组合使用。提出了一种基于磁强计和微机械陀螺／加速度计组合姿态确定的四元数卡尔曼滤波算法,该算法利用加速度计的输出判断是否使用卡尔曼滤波器计算姿态,并在卡尔曼滤波器中利用加速度计和磁强计计算的姿态角补偿陀螺的漂移。仿真和实验结果表明了该算法的有效性。     

双轴连续旋转激光捷联惯导误差高精度补偿方法

为进一步提高旋转调制惯导系统的自补偿精度,对旋转调制激光捷联惯导系统误差补偿技术进行了研究。针对双轴转位调制补偿精度有限的问题,提出了一种新的双轴连续正反旋转调制方法。以激光陀螺仪为对象,通过理论分析确定了连续旋转调制内外框架的调制速率;然后在常值误差补偿及有害误差效应补偿机理分析基础上,设计了双轴连续最佳旋转方案,在有效补偿激光捷联惯导系统项误差的同时,抑制了旋转所带来的有害误差效应,实现了旋转激光捷联惯导系统误差的高精度补偿。仿真结果验证了方法的有效性。     

光纤激光陀螺环形腔的优化设计

分析了有源环形谐振腔组成的光纤激光陀螺的精度与谐振腔特征参数的关系,采用单向泵浦光纤复合谐振腔结构的光学系统设计方案.在此结构上,对影响光纤激光陀螺理论精度的结构参数进行计算机数值仿真,详细讨论了系统参数的变化趋势对光纤激光陀螺理论精度的影响.初步仿真结果表明:选取合适掺铒光纤长度及泵浦功率可以有效提高理论精度,提高输入信号光强及选择合适的输出耦合器的耦合比,可进一步提高陀螺的理论精度.     

新型微机械隧道陀螺仪的设计和工艺制备

介绍了一种新型微机械隧道振动陀螺仪的设计和工艺制备,该陀螺仪采用平行梳齿驱动和面外振动框架的方式分别作为质量块的振动和恒隧道电流的检测,对平行梳齿驱动的工作原理和隧道陀螺仪的设计进行了详细的阐述.由于采用了硅玻键合和DRIE的DDSOG体硅制备工艺,因而可以获得较大的敏感质量块,从而使得该陀螺仪具有较高的灵敏度.根据检测模态和驱动模态匹配的原则,利用有限元模型对隧道陀螺仪的结构尺寸进行了优化.仿真结果表明,该陀螺仪在常压下具有0.07 nm(°/s)的灵敏度.     

基于视觉测量的微陀螺振动系统线性度测试研究

为了测试分析微陀螺驱动模态振动系统的线性度,使驱动模态在静电驱动信号激励下产生稳定的线性振动,采用计算机视觉测量方法,使用高速摄像机获取微陀螺驱动模态在频率固定的调幅驱动电压信号激励下的振动位移响应视频图像;通过对运动时序图像的处理、目标识别与运动参数测量,获得振动位移的时变曲线.进一步得到驱动电压幅值变化与振动位移幅值的变化关系,分析结果表明,该方法便于对微陀螺振动系统的线性度进行测试分析.     

基于四元数的MARG传感器姿态测量算法

陀螺仪的漂移、载体的线性加速度和周围局部磁场的干扰是制约MARG传感器姿态测量精度的主要问题,传统的方法利用滤波算法和零速修正技术来减小姿态测量误差。该文基于已有的惯性测量单元,设计了一个基于四元数的扩展Kalman滤波器,通过建立MARG传感器模型,引入传感器偏差补偿和自适应的测量噪声协方差矩阵构造方法来提高姿态测量精度,减小载体线性加速度和周围局部磁场的干扰,实现三自由度的姿态测量。基于惯性测量单元(IMU)的实验结果表明了本文所提算法能显著提高姿态测量精度。