高压驱动的三波腹多环盘式硅微陀螺仪

设计和研究了一种带有高压驱动电路的多环盘式硅微陀螺仪(DRG)。该陀螺仪具有MEMS嵌套环结构,工作在三波腹(n=3)的振动模态下,主振型和从振型之间具有更小的频率裂解。系统采用双闭环测控电路驱动,结构简单,具有良好的稳定性和较大的带宽。其中刚度调谐和正交误差校正所需要的高压直流电由小型化的Boost升压电路提供。样机测试结果表明闭环Boost升压电路精度高,对陀螺仪的零偏不稳定性影响小。陀螺仪具有高品质因数(Q=36503)、低非线性度(314×10^(-6))、低角度随机游走(0.1664°/√4)以及低零偏不稳定性(2.0229°/h)。

硅微陀螺仪零偏温度性能补控方法设计

首先从理论上推导了硅微陀螺仪谐振频率、品质因数、敏感信号输出及机械热噪声与温度之间的关系,进而说明了温度对陀螺仪零偏输出影响是各非线性因素综合作用的结果.然后,通过部分温度特性试验获得了硅微陀螺仪的模态谐振频率和品质因数随温度变化关系曲线.最后,根据实测零偏试验数据给出了分段多项式温度补偿方法,并进一步结合恒温控制方法改善补偿一致性效果,从而保证硅微陀螺仪硅结构体及其驱动检测电路不受外界温度变化的影响.结果表明,温补和温控技术相结合对提高陀螺仪的零偏稳定性有显著效果.

实时小波滤波方法在硅微陀螺仪中的应用研究

采用实时小波滤波技术构建硅微陀螺仪数字化平台,对快速的Mallat算法选用何种小波基,是否采用软硬阈值处理以及选用何种尺度和采样点数进行深入分析。考虑到滤波效果即陀螺仪输出信号滤波前后Allan方差改进情况和硬件处理的实时性,通过比较最终选择3尺度16点软阈值db2小波Mallat快速算法。仿真计算和实验结果表明该滤波方法对改善微机械陀螺仪的零偏稳定性有一定的实用价值。

基于BP神经网络的硅微陀螺仪温度补偿方法(英文)

研究了硅微陀螺的温度特性,提出了硅微陀螺仪的温度补偿方法.首先,采用开环电路测试了微陀螺仪的谐振频率和品质因素随温度变化的情况,并采用闭环电路测试了微陀螺整机零偏随温度变化规律.然后,为研究降低温度对微陀螺性能的影响,提出了一种基于误差反向传播(BP)神经网络的温度补偿方法.通过Matlab仿真,基于BP神经网络温度补偿的优化模型经过4步就得到很好训练,并使全温范围内微陀螺零偏的目标误差达到0.001.该补偿方法实时运行试验结果表明,环境温度在-40 ～80℃变化过程中,微陀螺仪的最大零偏经过补偿能从12.43(°) /s降低到0.75(°) /s,从而大大提高了微陀螺仪的零偏稳定性.

硅微加速度计测控线路设计及参数调整方法研究

首先介绍了硅微加速度计机械部分的工作原理及电容检测方法,同时分析了整个电路系统框图,然后构建出硅微加速度计系统总体结构,并将机械部分和电路部分在S域进行统一整合。利用MATLAB软件控制工具研究了校正环节对系统稳定性和动态性能的影响情况。通过大量实验给出了优化参数组合下的开环频率特性和零位漂移特性。最后得出结论:通过对重要校正环节的参数进行正确的调整可以很好地改善系统工作性能,并能提高系统输出的稳定性。

四模态匹配三轴硅微陀螺仪

为了实现单片集成六自由度微惯性测量单元,提出了一种改进的由4个大质量块和4个小质量块组合而成的四方全对称结构的三轴陀螺仪。介绍了该惯性测量元件的结构及工作原理,根据结构参数计算出了详细的性能指标,并进行了面内驱动模态和面内外的敏感模态仿真。为提高各敏感模态的机械灵敏度,提出采用双重静电频率调谐方案,即先对公共质量块施加调谐电压,使驱动模态和航向模态的频差最小;再对小质量块上方的多晶硅电极施加另外的调谐电压,最终使四模态频率偏差小于30 Hz,从而说明该频率调谐方法是有效的。然后,通过分析热弹性阻尼能量耗散机理,对驱动及敏感谐振模态的品质因数进行仿真。结果表明:真空环境不考虑空气阻尼情况下,两种模态的品质因数分别为23816和19 507。最后,基于表面加工和体加工工艺,设计了高深宽比的加工流程。对该四方对称解耦结构的设计和仿真表明其模态匹配和品质因数性能满足三轴陀螺的设计要求。

双闭环真空硅微陀螺仪设计及性能测试分析

所设计的硅微陀螺仪工作在10Pa,品质因素达到3000,采用CAN金属壳封装形式,测控线路采用闭环自激驱动,力反馈式闭环检测方式。驱动采用单边驱动单边检测,尽量使线路简化;检测采用双重分解和重构回路。测试结果表明:有用信号和正交信号实现很好的相位解耦,互不影响。在实现标度因素10mV/(°)S-1的情况下,零偏稳定性已达到了60°/h;线性度已达到了400ppm;带宽仿真达到150Hz;这较以前设计的空气下闭驱开检方式下的硅微陀螺性能提高了近2个数量级。

基于DSP和DDS技术的硅微谐振器智能驱动源设计

介绍了硅微静电梳状谐振器的静电驱动工作原理,重点提出了基于DSP芯片和DDS技术的智能驱动源系统设计框架。详细分析了数字电路部分的接口技术和模拟电路部分中的微弱信号检测技术。结合实验数据和扫频曲线,指出在不同真空度环境下谐振器的各种扫频方法。

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。

提高硅微谐振系统性能的一项有效措施

介绍了硅微谐振器系统的工作原理,重点给出了一种基于新型的DDS器件AD9954的智能谐振系统设计与实现。详细分析了AD9954作为智能精密驱动源的粗细搜索两种阶段工作流程并给出与DSP器件的数字接口技术。结合实验数据和扫频曲线,得出在不同真空度环境下谐振器的两种扫频结果,并对谐振系统的工作情况给予评价。

基于“课赛创”融合的电子综合实践教学改革

本文针对"单片机原理"与"电子线路综合实践"课程开展研究,提出了基于"课赛创"理念的面向学生创新创业能力培养的教学改革思路。将基于"课赛创"的实践教学和理论教学相结合,充分利用传统实验室及口袋式实验室的硬件条件,借助多媒体互动平台,采用电赛式小组团队合作模式,模拟特定电赛和创业项目,以工程应用为导向,训练学生的综合设计与动手实践的能力,培养学生创新精神,为创新创业打下基础。实践证明,该套教改方法使教学效果得到明显改善。

一种新型的闭环真空硅微陀螺仪(英文)

提出了一种新型的硅微陀螺仪闭环控制策略.所设计的硅微陀螺仪工作在10Pa,采用金属壳CAN封装形式,驱动和检测两模态品质因素高达10000以上,且都采用了基于静电力反馈方法实现闭环.驱动模态采用单边驱动单边检测,尽量使线路简化;检测模态采用双重分解和重构闭环回路.测试结果表明:有用信号和正交信号实现很好的相位解耦,互不影响;在满量程±300(°)/s、标度因素9.6mV/((°).s)的情况下,零偏稳定性已达到28(°)/h;非线性度达到400×10-6;仿真带宽大于100Hz.这较以前设计的仅在空气下工作的硅微陀螺性能提高了近2个数量级.

硅微Z轴谐振陀螺仪闭环伺服控制系统设计

根据自行设计的硅微Z轴谐振陀螺仪的工作原理,提出了闭环伺服控制系统模型,在对开环检测模型分析的基础上设计了闭环伺服控制系统,并用Matlab软件对闭环伺服系统的频域和时域特性进行了仿真分析,选取了合适的校正环节及优化参数,使系统有较高的稳定裕度和较好的动态特性。通过实验调试实现了初始检测电容差引起的信号以及正交信号的反馈抑制控制,达到了较高的控制精度。

基于遗传小波神经网络的MEMS陀螺误差建模

研究了一种基于遗传算法改进的小波神经网络。该方法采用小波神经网络为主要逼近手段,并通过遗传算法优化网络的关键参数。由于小波神经网络兼容了神经网络的自学习特性和小波分析的时—频局部性,而遗传算法具有较强的全局搜索能力,二者结合形成的遗传小波神经网络因此具有较高的逼近与容错能力,从而弥补了传统的方差建模方法的不足。将该算法应用到某型MEMS陀螺仪的随机误差建模中,结果表明:遗传小波网络对原始信号的逼近精度误差在1.75%以内,较之传统的方差建模方法有了显著的提高,这一精度基本上可以满足MEMS陀螺工程化应用的要求。

对称解耦硅微陀螺仪结构设计研究

硅微机械陀螺仪的驱动模态和敏感模态间的交叉耦合制约了其性能的提高。设计了一种对称解耦硅微机械陀螺仪,它的驱动机构与检测机构都做线性滑膜阻尼振动且完全解耦,使得驱动和敏感模态之间的耦合小、结构振动平稳性好、品质因数高。该微陀螺仪的驱动与检测支承梁完全相同且对称分布,使得驱动模态和敏感模态的谐振频率受加工误差和温度变化的影响近乎相同,所以频率匹配性好,结构的灵敏度大大提高。实验测试结果表明对称硅微机械陀螺仪的耦合误差得到了有效减小,并且它的驱动和检测谐振频率仅相差6Hz,其品质因数在空气条件下分别为145和117,检测模态的品质因数与采用压膜阻尼振动方式进行检测的硅微机械陀螺仪相比有了显著提高。

基于FPGA的硅微陀螺仪零偏温度补偿系统的研究

介绍了温度对硅微陀螺仪的零偏的影响机理，通过温度实验得知零偏随温度变化成复杂的非线性关系，并用最小二乘法拟合出了零偏在～40℃～80℃随温度变化的数学表达式；以FPGA芯片为主要器件设计了零偏温度补偿系统，并进行了温度实验测试，测试结果表明补偿效果明显。

基于自适应控制的硅微振动陀螺仪驱动电路研究

硅微振动陀螺仪驱动模态的稳定性对其性能及可靠性有着重要作用。自激驱动能够使单个驱动模态稳定谐振在固有频率上,但对于双驱动模态,由于微机械加工误差的影响,固有频率存在偏差,很难实现频率匹配。研究了基于自适应控制的硅微振动陀螺仪的驱动电路设计,通过固定频率信号驱动和自适应调谐实现双驱动模态的一致性。理论仿真和实验结果表明该设计切实可行。

基于CORDIC算法的NCO在FPGA中的实现

介绍如何利用CORDIC(Coordination Rotation Digital Computer)算法产生正余弦信号的实现过程基础上,研究并在FPGA中实现了基于流水线CORDIC算法的数控振荡器。仿真验证结果表明,该方法较之其它方法具有精度高、结构简单易于实现、节省资源且功耗低等特点,非常适合应用于高速高精度数字调制解调。

基于RF技术的公交IC应用管理系统

从介绍公交 IC应用管理系统的车载机、通讯接口电路及制卡系统入手 ,以提出方案的形式 ,介绍了射频识别技术 (RF)在公交 IC应用管理系统中的应用 ,并将 DNA数据库技术运用在数据采集软件和公交管理软件上 ,从而体现了系统的效率高。

单相电源变为三相电源的裂相电路的研究

从L -C裂相电路出发 ,深入研究了三相对称负载性质、参数与裂相电路结构、参数之间的关系 ,裂相电路总电流与负载电流之间的关系 ,裂相电路总功率因数角与负载功率因数角之间的关系 .