High Resolution Differential Capacitance Detection Scheme for Micro Levitated Rotor Gyroscope

A differential capacitance detection circuit aiming at detection of rotating angle in a novel levitation structure is presented. To ensure the low non-linearity and high resolution, noise analysis and non-linearity simulation are conducted. In the capacitance interface, an integral charge amplifier is adopted as a front end amplifier to reduce the parasitic capacitance caused by connecting wire. For the novel differential capacitance bridge with a coupling capacitor, the noise floor and non-linearity of the detection circuit are analyzed, and the results show that the detecting circuit is capable of realizing angle detection with high angular resolution and relative low non-linearity. With a specially designed printed circuit board, the circuit is simulated by PSpice. The practical experiment shows that the detection board can achieve angular resolution as high as 0.04° with a non-linearity error 2.3%.

导引头伺服稳定平台故障诊断及保护设计

为了实现导引头伺服稳定平台角度传感器、陀螺仪和电机驱动三大关键部件故障时的快速诊断和保护,设计了一套故障诊断和保护的方法。该方法结合关键部件的固有属性以及导引头稳定平台的工作特点,对其工作状态实时监测,一旦状态量持续或瞬间超过设定阈值,即可触发相应报警或者必要的保护措施。该方法可以很好地在前期调试中发现和定位故障,以及在导引头整机调试中出现故障时能够及时保护,防止故障扩大恶化。经试验验证,该故障诊断方法准确可靠,满足使用要求。

MEMS微陀螺仪研究进展

回顾了MEMS微陀螺仪的研究进展,简单介绍了MEMS微陀螺仪的市场应用。微陀螺仪是MEMS器件中非常重要的一类器件。它的运用已经从单纯的航空领域逐渐转向汽车、消费电子行业等低端市场,这意味着微陀螺仪除了传统意义上的高精度高稳定性的要求,也可以向低精度商品化发展。传统的振动式陀螺,由于原理的局限性和加工技术的限制,很难达到战术级和惯性级的要求。导航级集成微陀螺(NGIMG)项目建议使用其他途径,以减少器件的可移动部件和降低工艺难度,从而提高其精度和抗干扰能力。各种设计方法近年来层出不穷,其中悬浮转子式微陀螺是目前精度最高的陀螺仪,微集成光学式陀螺也将在未来一段时间拥有巨大的研究潜力和发展空间。

一种磁流体陀螺的设计研究

新型磁流体陀螺兼具带宽大、体积小、重量轻、寿命长、抗冲击等优良特性,是用于卫星微角振动测量的理想传感器,同时在寻北及小型无人机导航等领域也具有广阔的应用前景。提出了一种磁流体陀螺的设计思路,通过对磁流体陀螺工作原理的分析,设计了一种机械结构,该结构既形成了闭合磁路又构成了上下壁绝缘、内外壁导电的密闭磁流体通道,满足传感原理需求;采用低噪放大器组成信号处理电路并对噪声进行分析,该电路可以将本底噪声对传感器输出信号的影响降低至可接受范围内;对基于该思路设计的样机进行了初步试验,试验结果表明该磁流体陀螺能够敏感角振动,非线性误差小于0.6%,重复性误差小于0.5%,稳定性误差小于0.8%,具有很好的发展前景。

液压支架姿态角度测量系统

针对采用单一角度传感器实现综采工作面液压支架姿态角度监测时测量结果不准确的问题,提出了一种基于倾角传感器和陀螺仪的液压支架姿态角度测量系统。该系统采用SVT626T型倾角传感器和ML7100型三轴陀螺仪测量倾角和轴向偏转角度,并以俯仰角为例,用卡尔曼滤波对2种传感器测量的角度进行数据融合。Matlab仿真及实验结果表明,该系统有效解决了倾角传感器因顶梁变加速运动导致的测量误差和陀螺仪因长时间测量导致的漂移和误差累积问题,提高了顶梁姿态角度测量精度。

MEMS陀螺仪的研究现状与进展

MEMS陀螺仪是MEMS传感器中应用最广泛的器件。当今信息智能时代的发展为MEMS陀螺仪带来新的发展机遇,使MEMS陀螺仪进入更高精度和更高可靠性的新的发展阶段。从微结构、电子学控制、工艺平台和集成应用四个方面综述了MEMS陀螺仪的最新进展。对MEMS陀螺仪分别按简并和非简并工作模式;速率陀螺仪的机械化和全角机械化;体Si、表面工艺、3D结构、封装和修调工艺等;高性能集成、高精度校准、数据融合新算法和各类导航应用等详细分类与内容进行介绍。在提取MEMS陀螺仪在微结构等四个方面的技术创新点的基础上,进一步分析了MEMS陀螺仪的发展趋势和未来发展重点。

倒立摆摆杆角度检测装置的设计与实现

根据倒立摆控制过程中的摆杆角度检测需求,利用MNA7361加速度传感器和MB546陀螺仪设计了一个倒立摆摆杆检测装置。装置通过陀螺仪获取角速度信号,并经过积分来获取角度;利用通过重力加速度计获取的噪音较大的角度信号去消除通过积分获取的角度的积分误差;从而获取正确的角度值。通过在倒立摆控制系统中的实际应用,证明了该方法的正确性。该方法对四旋翼飞机机体角度检测、坦克火炮仰角检测等有一定的借鉴意义。

一种基于光学测角技术验证陀螺定向的方法

介绍了由半导体激光器、线阵CCD传感器及图像采集系统等组成的小角度测量系统的工作原理,搭建了实验平台。同时,对利用数据采集系统采集陀螺仪输出的角速率进行积分,得到陀螺仪转动的角度值。通过把小角度测量系统测量的数据与积分得到的数据进行比较,验证了陀螺仪在小角度定向应用中的精确性。实验证明,该陀螺仪的测量精度达到0.01°以内。

微型运动传感器的动作捕捉技术分析及其应用

为了达到更好的人体运动捕捉效果,对微型运动传感器的运动捕捉技术进行分析,通过在人身体上布设三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴地磁传感器,获得传感器数据融合处理之后得出人体的位移和姿态角,将获得的数据实时上传至计算机利用OpenGL实现人体运动的实时再现。利用文章提出的运动捕捉技术采集测试者的动作,效果较好,说明提出的算法性能良好。

一种数字式静电陀螺仪测角系统

该文就静电陀螺仪对极轴位置分辨率和稳定性的高要求 ,研究了一种数字式测角系统。这一系统基于球形转子赤道面上的锯齿图谱 ,采用光学传感器拾取信号 ,通过信号处理电路 ,将转子的极轴位置信号转换为数字脉冲信号的数字式测角系统。文中探讨了此数字式测角系统的方案 ,介绍了新研制的信号处理电路 ,并进行了测角试验 ,给出了系统精度。

基于有限元分析方法的三浮陀螺用角度传感器优化设计

针对高精度三浮陀螺仪角度传感器要求尺寸约束不变的情况下进一步提升性能的需求,提出一种基于有限元分析的优化设计方法,避免了传统的磁路计算法需要多轮验证、效率低等问题。首先从变压器磁链方程出发推导建立了多级式动圈角度传感器的数学模型,确定了影响传感器灵敏度和激磁电流的主要设计指标:激磁绕组、输出绕组、气隙长度和工作半径,以及这些指标的取值范围。然后建立有限元参数化模型进行仿真,结合生产工艺情况给出了最佳的设计方案。实测角度传感器实验数据表明,所提出的设计方案使传感器灵敏度提高了35.8%,激磁电流变化控制在10%以内,满足角度传感器性能提升要求。所提出的基于有限元分析的角度传感器优化设计方法,具有工程参考价值。

一种基于微机械传感器的关节角度测量方法

介绍了一种基于双轴微机电系统(MEMS)加速度计与单轴陀螺仪的机器人关节角度测量系统。相比于传统的霍尔磁传感测量以及光学角度测量方法,该系统的传感器不需要与机械关节直接接触,安装位置更为灵活。文中将着重介绍角度测量的数学模型,以及如何在尽可能少的传感器配置下对陀螺仪的漂移噪声进行滤除。实验采用了一套简易的机械臂系统,在不同角速度下对测量装置进行测试,测量结果与参考值接近(均方差约为1.9°,标准差约1.5°)。该算法可以对角度进行实时测量,并可在长时间工作条件下良好运行。

基于影像的角度测量系统设计与实现

针对工程施工时安装物体的角度测量要求,设计了采用摄像获取图像,经识别算法提取被测物角度的检测系统.系统以STM32F407单片机作为主控单元,采用Canny算子提取其中边缘轮廓信息,建立边缘线定位的各坐标点,重建提取后图像模型,计算待测边缘线在图像中的倾角θ.陀螺仪传感器测得摄像位置角度φ,用以校正θ,得到被测物角度测量值θl.实验结果表明,角度测量系统能够有效地加快检测速度,所得数据精度满足要求.

基于记忆割煤的综采工作面自动化技术分析

受地质条件复杂多变等诸多因素的影响,综采工作面自动化技术仍持续处于探索阶段。以目前国内外大多采用的采煤机记忆割煤为主导的综采工作面自动化技术中常见的采煤机自动化技术发展存在的瓶颈和问题为研究对象,对陀螺仪、加速度传感器的应用进行分析,探讨了采煤机自动化发展对综采工作面自动化成套技术发展的影响。提出采煤机自动化技术需要强化基础、解决细节问题的观点,最后对综采工作面自动化发展进行展望。

电动车跷跷板运动控制系统设计

设计实现了以AT89S52为核心的跷跷板控制系统,由三维陀螺仪加速度计传感器集成模块MPU-6050、LED显示屏、人机交互系统等组成闭环控制系统。陀螺仪为控制系统提供最优PID整定算法的电机转速数据,L298N集成模块驱动电机,实现对电动小车位置的精确控制。实验结果表明:该控制系统具有控制精度高、灵活性好、实时性强、鲁棒性强等优点。

谐振式陀螺全角模式误差来源与接口技术

全角模式是谐振式陀螺的新型接口技术,具有直接测量角度、动态范围大的优点,但其对陀螺元器件对称性要求极高的缺点限制了它的实际应用。首先,从谐振式陀螺全角模式的原理出发,讨论了各种不理想因素对全角模式运行造成的问题。然后,从器件设计和控制系统两方面出发,讨论了可行的技术路线。最后,通过数值仿真的方法证明了理论分析的正确性,并给出了谐振式陀螺的选型和控制系统的建议。