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。     

微机械陀螺数字读出系统及其解调算法

为实现灵活的参数调整、改善陀螺的控制性能和进行误差补偿,提出了一种用于微机械陀螺的数字读出系统。该系统通过对陀螺输出信号进行数字化,并采用浮点数字信号处理器(DSP)进行反馈控制和算法解调,实现了对微机械陀螺中的微小电容的检测,其中的解调算法采用了最小均方误差解调(LMSD)技术。仿真和实验结果表明:LMSD算法使噪声水平比经典的乘法解调算法下降了29%;将该数字读出系统用于大气条件下工作的一种振动轮式微机械陀螺,噪声水平达到0.0073(°)/(s.Hz-1/2),带宽为100Hz。     

二极管电容检测用于微加速度计的误差分析

方波激励下的环形二极管电容检测电路应用于微机械加速度计是一种新的尝试.根据实践,该方案可以很好地在闭环系统中工作.该文建立了这种解调电路的数学模型,进行了误差分析,给出了其参数对闭环系统的影响.该方案在将检测电容变化转换为电压变化的过程中会引入非线性因素,该文证明了这种影响在闭环后可以忽略.计算结果表明,较解调电容的变化,敏感结构电容的变化将对输出电压的变化起主要的影响作用.此外,推导出的静电力公式说明,较大的激励电压会减小系统的稳定裕量.     

基于数据融合理论的无陀螺微惯性测量组合算法研究

在国外学者研究的基础上改进了无陀螺微惯性测量组合的模型，提出一种新颖的解算算法，采用基于假设检验理论的数据融合理论对传感器的冗余信息进行解算，抑制了迭代误差，提高了解算精度。经过仿真计算验证该方案的可行性。该算法有效地利用了传感器的全部信息，使导航精度提高了近一个数量级，从而为无陀螺微惯性测量组合的实用化奠定了理论基础。     

基于摄动法的微机械陀螺随机性能的统计分析

以一种通过体微机械加工技术制备的音叉振动式微机械陀螺为对象,基于随机摄动技术定量计算了微陀螺固有频率变异和检测输出电容变异的统计特征,以概率思想表达了微陀螺批量加工过程所带来的材料/尺寸随机误差对其性能的影响.通过所提出的影响因子这一概念反映了微陀螺参数变异对性能变异的敏感度.在详尽分析微陀螺众多参数影响因子的基础上获得了微陀螺最为关键的5个参数.这有限关键参数的获得,不仅为微陀螺的健壮性设计提供了方向,同时也为实际微陀螺的加工控制提供了量化的参考依据.     

高速高精度模数转换器的数字后台校准算法

研究了模数转换器(ADC)的数字后台校准技术,提出了一种针对2.5 b/级高速高精度流水线ADC的数字后台校准算法.在2.5b/级电容翻转式余量增益电路(MDAC)中注入与输入信号相关的抖动信号,提取MDAC中由于电容失配和放大器增益有限性造成的非线性误差,并在最终的数字输出端对这些误差进行校准.文中提出的数字后台校准算法具有电路实现简单、不中断ADC正常工作、适合高速高精度流水线ADC等优点,能有效地降低电容失配和放大器有限增益等非理想因素对流水线ADC精度的影响.仿真结果表明,经校准后的ADC信号噪声失真比可从63.3dB提高到78.7dB,无杂散动态范围由63.9 dB提高到91.8 dB.     

卡尔曼滤波与H_∞滤波在GFSINS中的对比

针对加速度计随机噪声影响无陀螺捷联惯导系统(GFSINS)角速度解算精度的问题,提出了一种滤波设计方案.基于十加速度计构型方式,利用加速度计输出构成的角加速度项作为状态方程,而对数法解算的角速度作为观测量,构建了卡尔曼和H∞滤波器.在改变加速度计随机噪声、状态初始估值和噪声颜色的情况下,仿真分析和对比了卡尔曼滤波和H∞滤波的效果.结果表明,H∞滤波不受加速度计随机噪声统计特性大小、噪声颜色的影响,比卡尔曼滤波有更强的鲁棒性和稳定性;H∞滤波后,角速度精度比对数法提高了2个数量级.     

改进的对数算法求解GFSINS的角速度

基于一种9加速度计配置方案,应用对数算法对无陀螺捷联惯导系统的角速度进行求解,对传统对数算法解算角速度进行了推导,详细分析了该方法解算角速度造成不能判断符号的原因,并针对此问题提出了积分法和一种准无陀螺方法来判断符号的解决方案.对传统对数算法和改进的对数算法解算角速度进行了仿真试验,验证了改进的对数算法可以判断解算角速度的符号.     

应用普通精度陀螺的快速全局运动估计方法

提出一种应用普通精度陀螺的全局运动估计快速算法.该算法利用陀螺来传感摄像系统的不稳定信息,并从陀螺输出的信息中得出视频抖动的方位(象限),以该方位作为基准对当前帧相对参考帧的局部运动矢量进行奇异点滤除,运用最小二乘法(迭代最小二乘法)解算全局运动参数.该算法运算速度快,对陀螺精度要求低,对由干扰运动和矢量估计误差产生的奇异点滤除效果好、运动估计精度高.     

一种提高角速度解算精度的九加速度计配置方案

基于六加速度计的立方体配置方案,提出了九加速度计的无陀螺惯性测量组合(NGIMU)配置方案,并建立了其数学模型.提出了一种提高角速度解算精度的新算法,该算法利用加速度计的冗余信息,解决了角速度运算的符号问题,抑制了由于角加速度积分带来的加速度计输出误差的累积.同时进行了系统东西向位移、航向角、俯仰角和横滚角的仿真.仿真结果验证了方案的可行性和算法的有效性.     

基于耦合电感与倍压电容的高增益Boost变换器

针对目前新能源发电系统中的DC/DC升压变换器,普遍存在着输出电压低、开关管峰值电压大等缺点,提出了一种基于耦合电感与倍压电容高增益Boost变换器;该变换器引入耦合电感以及两个倍压电容提高了电压增益;所提结构有效吸收漏感能量,降低开关管电压应力和变换器的损耗,抑制开关管电压尖峰,实现开关管的零电流开通,并且利用耦合电感副边绕组漏感的能量解决了输出二极管的反向恢复问题;利用Matlab对所提变换器进行仿真实验,对变换器进行稳态分析,并得出变换器在不同输出功率下的效率。     

一种电容传感器检测定位扬声器接线端子的方法

基于平面电容传感器原理,提出一种应用于扬声器接线端子定位检测系统的新型电容传感器,可以有效检测定位扬声器接线端子。介绍了这种电容传感器的设计,描述了电容传感器用于检测扬声器接线端子的基本方法;并给出了相应的电路模型。根据扬声器接线端子的外形特点来确定电容传感器的最优设计。实验结果表明:电容传感器对扬声器接线端子区域较敏感,电容-频率变换振荡器输出频率为51 k Hz左右的波形,相对频率差约5 k Hz。通过检测振荡器的频率变化,运用自学习均值滤波频率采集算法可实现扬声器接线端子的非接触检测定位。     

微机电混合陀螺仪的系统设计与仿真

研究了一种新型的微机电混合陀螺仪,它既具有实现传统动力调谐陀螺仪较高精度的潜力,又具有硅微陀螺仪体积小、价格低等优点.研究了该陀螺接口电路,推导了该接口信号灵敏度公式,分析表明增加检测电容Ct和Cb或者减小寄生电容Cp都可以提高信号灵敏度.同时,还推导了力矩器的力矩传递系数和信号器的电容信号传递系数公式,分析表明减小电容间距d和内环半径R1 或者增加外环半径R2都可以提高电容信号器灵敏度.提出一种利用力矩器负刚度效应对微机电混合陀螺进行调谐的方法,并研究了全解耦闭环反馈控制电路.开环仿真表明,残余刚度将导致转子自转轴进动,而调谐后转子自转轴能保持原方位稳定.闭环仿真表明,研究的全解耦闭环反馈控制电路是可行的.     

介电常数法在墙体水管探测中的应用

文中利用水与建筑材料介电常数差异很大的特点,设计了一款电容传感器用于墙体水管探测.基于空间静态电场的拉普拉斯方程建立了电容传感器的探测模型,通过松弛迭代进行解算,得到了传感器输出电容随被测水管位置的变化规律.文中还基于脉宽调制法设计电容传感器的测量电路,并利用模糊PID控制单元调节电路激励电压,以保证测量电路快速进入工作状态.针对该传感单元,设计了墙体中水管的中心检测算法.测量结果表明,PID控制单元可以迅速、准确地完成测量电路激励电压调节,以使传感器适应不同的工作环境,系统能在120mm厚度墙体内完成水管探测,并在70mm厚度墙体内可以完成中心定位.     

Kohonen网络在电容CT图像重建中的应用

提出一种采用Ｋｏｈｏｎｅｎ网络算法进行１２电极电容ＣＴ系统的图像重建的方法。该网络输入和输出两层神经元组成,输入为１２电极电容ＣＴ系统测量所得的６６个电容值,输出对应管道介质的空间分布模式。该网络采用竞争算法无监督学习,实验结果证明,该网络有较强的抗噪声能力,可重建出较精确的介质分布图像。     

基于SVD/小波的MEMS陀螺误差分析及降噪处理

陀螺仪作为导航系统的核心传感器,其输出信号的精度对导航结果有着重要的影响。针对微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)陀螺成本低、应用广泛但精度低、噪声大的使用现状,选取小波分析方法对MEMS陀螺信号进行误差分析,针对误差分析结果提出了一种小波分析结合奇异值分解(singular value decomposition,SVD)的降噪方法以剔除微弱噪声信号。针对小波分析存在的小波分解层数和小波系数难以选取的问题,提出一种自适应选取小波分解层数和变换小波系数的改进小波算法;通过引入SVD以改进小波变换检测微弱信号中噪声的劣势问题,设计双轴电动转台的静、动态试验,静态试验进行信号的误差分析,动态试验验证改进算法的精度,得出改进算法比之传统小波算法降噪性能提升的结论。     

基于恒流二极管的小功率LED驱动电路设计

提出一种基于恒流二极管的电容降压式小功率LED驱动电路设计方案,由交流市电供电,输出低压恒流,只需调整电路中部分元件参数即可恒流驱动不同功率LED灯组.这种设计方案在传统电容降压驱动电路基础上引入了恒流二极管,保证了驱动源低压恒流输出.负载小功率LED采用交叉阵列方式连接,降低了灭灯率.     

基于对数放大器的微弱信号检测系统

为解决微弱光信号检测中信号动态范围宽及噪声干扰等问题,设计一种由对称晶体管等分立元件组成的对数放大器.用方波信号对该对数放大器的输入、输出及频率特性进行分析,结果表明在输入信号频率低于13 Hz时,放大器有很好的放大特性,输入信号动态范围达60 dB,小信号增益最高可达到90 dB.使用该对数放大器设计了微弱光信号检测系统,针对检测系统存在的误差问题,基于电路放大关系编写算法,该算法能有效减小系统的输出误差.实验结果表明该系统能有效检测微弱信号.     

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.     

小波滤波在光纤陀螺信号处理中的应用

光纤陀螺作为陀螺稳定平台伺服系统稳定回路的反馈测量元件,其输出噪声直接影响伺服系统控制精度。抑制陀螺的输出噪声是改善伺服系统特性的有效手段之一。本文提出一种基于小波多分辨分析结合均值滤波的方法,能有效降低陀螺的输出噪声。通过仿真实验,验证了小波实时滤波算法对陀螺输出信号进行滤波消噪处理的可行性和有效性。