高动态动力调谐陀螺仪力矩器热力学仿真研究

讨论陀螺力矩器的热力学模型 .根据陀螺仪力矩器基本热平衡方程 ,考虑陀螺动态过程中发热和散热条件的变化 ,建立了高动态动力调谐陀螺仪力矩器的热力学模型 ,编写了力矩器热力学仿真软件 ,对陀螺仪动态变化过程中力矩器的温度变化情况进行了仿真     

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.     

微机械陀螺仪的性能分析

研究了微机械振动轮式陀螺仪的工作原理和实现方法,提出了保证测量精度,提高动态测量带宽的闭环控制系统。从动力学模型出发,推导此类陀螺的检测输入角速度灵敏度,开环、闭环传递函数,交流反馈控制提取同相分量和抑制正交分量的原理,以及闭环控制改善动态测量频带的方法。分析指出,对于中等精度的微机械陀螺,采用静电力再平衡回路控制是必要且可行的。     

捷联系统中静电陀螺仪电干扰力矩的研究

本文从静电陀螺捷联系统应用方案考虑,用有限元法分析我国现有结构静电陀螺空心转子离心变形,转子结构模型的内表面由赤道环、过渡圆和圆球面三部分组成,外表面为椭球面.按支承电极的实际情况,推导了全姿态读取时离心变形中高次谐波产生的电场干扰力矩的表达式.仿真结果表明,现结构静电陀螺仪组成捷联系统,高次谐波将严重影响系统精度的提高,必须在干扰力矩模型中予以补偿.     

闭环光纤陀螺标度因数的温度稳定性研究

基于闭环光纤陀螺仪进行了标度因数的温度稳定性研究.建立了标度因数公式,分析了温度影响标度因数稳定性的主要原因,给出了相应参数的温度系数;利用闭环光纤陀螺样机进行了温度试验.试验结果表明:光纤陀螺仪标度因数的温度灵敏度由8.08×10-4/℃改变为1.70×10-5/℃.     

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。     

具有零偏补偿功能的电容式微加速度计接口电路

为了实现了电容式传感器和其他信号处理电路之间的接口,提出了一种电容式传感器接口电路。该接口电路基于开关电容技术,采用采样电荷结构,并在其前端读出电路采用采样开关噪声消除技术,在0.35μm 2P-4 M CMOS标准工艺下设计并流片实现,且特别适用于开环或力平衡闭环电容式微加速度计和振动角速度陀螺仪应用。测试结果表明:在1 MHz的采样时钟下,该接口电路取得了约5.35 aF的电容分辨率和约0.173 aF.Hz-1/2的噪声基底。     

动力调谐陀螺仪模型快速开环辨识

为了实现对动力调谐陀螺仪闭环测量系统的快速设计,建立了参数模型辨识系统,对激励信号设计、模型类结构选择、参数估计算法等问题进行研究.首先依据惯性元件的特点,设计了适宜于动力调谐陀螺仪测试的多正弦激励信号,然后基于外加输入自回归（ARX）模型,采用预报误差法辨识得到模型参数,最后针对某型号动力调谐陀螺仪设计实验进行验证,并与传统扫频法建模得到的结果进行对比.结果表明：模型辨识时间由2 000,s缩短为20,s,辨识拟合度由92.5%提高到95.3%.与传统扫频法相比,通过多正弦激励、ARX模型和预报误差法进行陀螺模型辨识可得到更高的辨识精度、抗噪声能力和辨识效率,为快速设计闭环系统提供了可靠的依据.     

硅微z轴谐振陀螺仪负电刚度效应 分析及实验验证

介绍了在开环工作状态下硅微z轴谐振陀螺仪由于加工工艺缺陷所导致的误差机理。为减小陀螺仪初始电容差和抑制正交耦合误差,提 出了一种闭环控制检测策略。重点分析 了其力矩反馈器的电刚度效应并给出其线性数学模型表示式。通过对硅微z轴陀螺仪敏 感模 态的反馈力与谐振频率的关系分析,间接得出了在敏感方向上电负刚度与力矩器所施电压的 内在联系,并在实验上进一步验证电刚度效应。这将为下一步闭环控制方案的设计奠定重要 基础。     

开关电容共模反馈电路建模与实现

针对共模反馈控制信号偏低的缺点,提出1种新的主电路尾电流源结构以提高共模反馈控制信号幅值.应用时域、频域分析方法对开关电容共模反馈电路进行理论分析和推导并建立等效时域模型.在功能验证中,采用BCD工艺,以开关电容采样保持电路为例建立实际电路模型并进行仿真测试.结果证明,共模反馈电路不仅使输出差模信号毛刺减小,主电路共模抑制比增加,而且使共模反馈响应速度快、抗扰动性强、鲁棒性好.     

载体驱动硅微机械陀螺的电学模型研究

本文针对载体驱动硅微机械陀螺的动力学特性，建立了基于微机械陀螺机械振动特性和电学特性的等效电路模型，利用电学模拟工具Pspice对模型进行了验证。模拟分析与实验结果表明，采用机电模拟方法建立的微机械陀螺电学模型可替代动力学模型，用于接口电路的设计与仿真， 利用该模型设计的电路能满足载体驱动硅微机械陀螺性能指标的要求。     

采用DDSOG工艺加工Z轴微机械陀螺仪实验

从理论上分析了Z轴微机械陀螺仪结构的工作机理,比较了体硅薄片融解工艺和DDSOG工艺的优缺点.介绍了采用DDSOG工艺加工的Z轴微机械振动陀螺的特点,并与采用体硅薄片融解工艺加工的相同Z轴微机械振动陀螺进行了残余应力、品质因数及灵敏度等性能参数的比较,采用DDSOG工艺后陀螺的驱动品质因数是原来体硅薄片融解工艺的1.45倍,而检测品质因数是原来的0.11倍.最后,比较了采用2种不同工艺加工后Z轴微机械陀螺的实验结果,结果表明采用DDSOG工艺加工后陀螺的灵敏度比原来采用体硅薄片融解工艺加工的陀螺的灵敏度提高了近10倍.     

微机械陀螺仪反馈控制器鲁棒性分析及闭环接口检测电路设计

在分析微机械陀螺仪静电力反馈检测结构的基础上,提出了一种对现有Sigma-Delta静电力反馈检测方式的改进设计.对微机械陀螺仪闭环检测系统进行了离散化处理.基于Lyapunov稳定性原理,构造了一类能够使系统有限时间稳定的输出反馈控制器,并对其鲁棒性能进行了分析.该电路系统在Cadence平台下使用AMS 0.35 ...     

一种新型微热流陀螺仪的结构参数研究

提出了一种基于双向流体检测角速度的微热流陀螺仪.不同于射流偏转工作方式,它采用对称分流通道结构,利用哥式力引起对称分流通道的流量不同,导致流体与布置于分流通道内的热敏器件对流传热不同,通过检测热敏器件的温差获得角速度.采用计算流体动力学(CFD)模型计算并分析了不同结构参数(主通道长、宽、高,主通道张角,两分流通道角度,拐角的过渡圆弧,分叉尖角的圆弧倒角)对检测灵敏度的影响.结果表明使流体速度充分偏转和减小分流通道流动阻力有利于提高检测灵敏度.     

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.     

微机械振动陀螺隔离耦合的结构设计

微机械振动陀螺是新型的惯性元件,其误差源主要有微机械结构的Brownian噪声、电路噪声、机械耦合误差,以及电子机械耦合误差等,这些误差严重影响着陀螺仪的精度,由于制造误差等引起的机械耦合误差,可以通过改善陀螺仪的结构来减小耦合误差,文中从结构设计方面,提出单级隔离耦合和双级隔离耦合的结构方案,有效减小机械耦合误差,提高了精度。     

扇形梳齿驱动式微机械隧道陀螺仪的初步研究

设计了一种扇形梳齿驱动式隧道陀螺仪,意在取代现有的平板驱动方式,以此来提高陀螺仪的灵敏度.从扇形梳齿驱动的工作原理出发,推导了该型陀螺仪的运动方程,分析了结构参数与其灵敏度的内在联系.在此基础上,对陀螺仪设计中与陀螺仪性能相关的机械耦合、静电驱动频率和敏感方向刚度等问题进行了有益的探讨,揭示了静电驱动频率的选择与敏感方向品质因子和驱动方向品质因子大小之间的内在联系,为陀螺仪的尺寸优化设计奠定了理论基础.     

航行状态下罗经回路初始对准方法误差分析

为了解决动基座条件下罗经回路方法误差较大的问题,通过捷联罗经的原理进行分析,使用梅森增益公式,对航行状态下罗经回路对准方法的误差进行了深入分析,采用"等效器件误差"的方法,将匀速状态下舰船的速度带来的影响等效成常值陀螺漂移和常值加速度计零偏,定量给出了纬度变化、匀速、条件下所引起的罗经回路对准方法的水平失准角和方位失准角稳态误差角的表达式,并通过了仿真验证,为将罗经回路对准法推广至动基座情况提供有力的支持。     

双H型石英音叉陀螺驱动信号频率跟踪算法的研究

为提高双H型石英音叉陀螺驱动信号的稳定性,基于DSP设计了一种数字化闭环控制电路,依据双H型石英音叉陀螺在串联谐振频率点处工作时驱动叉指振动的幅度随频率变化的影响最小,通过相位控制实现了驱动信号频率的跟踪,并利用希尔伯特变换产生了一对正交的参考信号用作相位检测.实验结果表明,双H型石英音叉陀螺工作稳定后,驱动信号频率跟踪算法的相位标准差为4mrad,精度达到0.003 4Hz.     

硅MEMS陀螺教学实验平台搭建

基于硅MEMS陀螺体积小，工作原理较抽象，课堂教学接受比较困难的问题，搭建了一种硅MEMS（ Micro electro-mechanical System）陀螺教学实验平台。该实验平台主要由高精度转台、MEMS陀螺芯片、A／D转换电路、单片机数据采集及处理电路、液晶显示装置等组成。通过高精度转台等标准标定装置，对实验平台的性能进行了评价。结果表明：系统性能良好，能够满足实验要求。