硅微陀螺正交误差及其对信号检测的影响

分析了硅微陀螺正交误差在运动方程中的表现,利用Simulink仿真研究了正交误差对信号检测的影响。文中先推导了不等弹性存在的情况下正交误差等效角速度的表达式,随后分析了某型硅微陀螺在角速度输入为0（°）/s和80（°）/s时敏感振动的频谱图,最后仿真分析了正交误差对模拟和数字检测电路的影响。经分析,对于模拟解调电路,正交误差会导致陀螺的零偏和温漂;对于数字解调电路,由于正交误差大大减小了敏感振动的电压幅值对角速度的标度因数,在AD量化噪声及其它电路噪声一定的情况下,会使陀螺零偏稳定性变差,从而限制了数字解调的优势。     

无驱动结构硅微机械陀螺冲击响应信号分析

介绍了一种用于旋转飞行器单通道控制的无驱动结构硅微机械陀螺.陀螺利用旋转飞行器的滚转作为驱动,敏感任意方向的横向角速度.在陀螺冲击试验中,陀螺冲击响应信号的幅度和宽度较大.在实际应用中,幅度超过1.5 V、宽度超过100 ms的冲击响应信号有能力阻塞旋转飞行器控制信号通道,影响旋转飞行器正常飞行.对陀螺冲击响应信号产生的原因进行了分析,分析表明,由于陀螺摆片偏心,陀螺在受到厚度方向的冲击时摆片绕扭转梁发生了偏摆.提出了通过增加陀螺扭转梁厚度的方法,减小陀螺在单位冲击加速度下的摆角幅度.通过实验证明,如果陀螺扭转梁增厚从48 μm增加到75 μm,陀螺冲击响应信号的幅度和宽度将减小约18倍.     

旋转载体驱动硅微机械陀螺幅频特性

介绍了一种安装在旋转体上,用于旋转体姿态控制的新型微机械陀螺.陀螺利用旋转载体的滚转获得角动量,当载体发生偏航或俯仰,敏感质量块受到周期性哥氏力的作用,从而敏感载体的偏航或俯仰角速度.飞行试验中舵机的舵偏打容易使陀螺发生共振,陀螺输出信号无法满足旋转载体姿态控制的要求.针对这一问题,需精确测量陀螺的固有频率.首先基于陀螺运动方程分析了其幅频特性和固有频率,并利用数值计算软件进行了仿真,最后提出了一种对该陀螺幅频特性的测量方法,得到了幅频特性曲线,确定了固有频率70 Hz.实际测量的幅频特性曲线和仿真曲线一致,测量的固有频率相对于舵偏打产生的共振频率点误差为2.1%,通过避开测得的70 Hz 固有频率,获得了符合姿态控制要求的陀螺输出信号.     

微机械硅陀螺谐振器结构特征频率分析

一本文应用Ｒａｙｌｅｉｇｈ方法对微机械硅陀螺谐振器的水平和垂直方向的固有特征频率进行了分析，并应用有限元分析工具进行了检验。     

基于静电悬浮转子的硅微陀螺技术

设计了一种转子采用五自由度静电悬浮的微机械陀螺。微陀螺基于玻璃-硅-玻璃键合的三明治结构、环形转子、体硅工艺、电容式位移检测方案;采用公共电极施加高频激励信号,基于隔离网络和频分复用的方法实现检测电极与加力电极的复用以简化陀螺结构;通过有源静电悬浮系统约束环形转子沿五自由度的运动,并提供足够的支承刚度;转子的转速控制基于三相可变电容式电机驱动方式,借助于检测转子与定子旋转电极的电容变化获得转子速度以实现转速闭环控制。目前已加工出基于深反应离子刻蚀工艺的微结构,采用基于DSP的数字控制器实现了环形转子的五自由度稳定悬浮。     

提高载体驱动硅微陀螺灵敏度的方法

载体驱动硅微陀螺是一种利用体微工艺制备的新型电容式振动MEMS陀螺,它安装于旋转飞行器上,利用载体的自旋作为驱动。当载体发生横向转动时,敏感质量受到周期性科氏力的作用,产生振动,从而敏感输入角速度。针对该种MEMS陀螺,首先介绍了陀螺的工作原理和电容式检测结构,然后详细分析了差分电容与敏感质量偏转角之间的关系,最后提出了一种通过调节电容拾取电路的脉冲信号的占空比,来提高陀螺灵敏度的方法。实验测试结果表明,当占空比由50%调整到75%时,相应输出电压峰峰值可由10.7 V提高到13.1 V,提高幅度达22.43%。理论分析和实验结果均表明,该方法可简便有效地提高陀螺灵敏度,具有实际应用价值。     

硅微机械陀螺谐振频率在线快速测定方法

传统测定硅微机械陀螺谐振频率的扫频法需要记录所有频率输入与幅值响应的值,效率低且实现较为复杂。提出一种在线快速测定方法,根据硅微机械陀螺模态特性,将谐振频率的确定视为寻找幅频函数在定区间上的极大点问题,然后利用黄金分割搜索法求解该极大值点。仿真显示,在信噪比为50 dB的噪声水平下,仅需少量的样本点即可收敛到真值附近,测量相对误差在10-6量级上。基于FPGA实现了嵌入式测试系统,分别采用传统扫频法和本文方法进行测量,二者得到的结果相近(相对误差在10-6量级上),从而验证了方法的有效性。     

基于FPGA的硅微机械陀螺特性曲线可重构测试

设计了一套基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的硅微机械陀螺特性曲线可重构测试系统,能够同时测试出硅微机械陀螺的驱动频率特性以及驱动模态到敏感模态的正交耦合特性。基于SOPC(System On a Programmable Chip)嵌入式软件编写程序,采用扫频方法从驱动激励端输入一系列由低频到高频的正弦激励信号,在驱动检测端输出,可以扫描出驱动模态的频率特性曲线,同时在敏感检测端输出,可以扫描出驱动模态到敏感模态的正交耦合特性曲线。根据驱动模态的频率特性曲线,能够测量出驱动模态在谐振频率点的相位特性(代表了整个环路的真实相移),据此能够使闭环控制回路精确工作在谐振频率点。此外,改变SOPC嵌入式软件程序,也可以直接实现闭环驱动控制与敏感解调输出,而不需要额外的硬件开销。     

电容式微机械陀螺敏感信号采样检测

驱动轴与敏感轴的刚度耦合是硅微陀螺的机械耦合干扰是主要因素.敏感方向的电容对所有间隙变化进行检测,机械耦合造成了虚假的敏感信号输出,这种输出也会带来后续放大器的饱和问题.以往诸多相关检测方法,将敏感信号与耦合干扰一起送入乘法器.使有用的敏感信号的最后提取产生困难.文中分析指出存在干扰影响最小的可供对敏感信号采样时刻.这个采样时刻靠近敏感信号的峰值点.用取样积分的方法可以进一步提高信噪比.驱动电压也对敏感信号存在严重的干扰,因此使用了在采样时关断驱动信号的方法去除这种电气干扰.两方法结合减少了机械耦合干扰和电气耦合干扰,减少了系统误差.     

硅微陀螺数字化双闭环驱动控制方法

为了提高硅微机械陀螺的性能,基于FPGA设计并实现了一种数字化双闭环驱动控制电路.介绍了通过相位控制实现频率跟踪和直流控制实现幅值稳定的驱动控制原理,采用FPGA扩展ADC、DAC的方法设计出相应控制回路.分别采用扫频和直流扫描测试的方法确定回路中相位偏差到频率调整量与幅度偏差到电平调整量的转换系数.利用Xilinx ISE软件设计了硬件接口、参数解算、滤波处理、信号生成等逻辑;利用EDK软件设计了数据存取、控制算法、扫频测试、串口通讯等程序.试验结果表明,系统稳定工作后,频率跟踪误差与幅度控制相对稳定性分别在10-6和10-4量级上.     

自由转子偏角信号的四象限法读取

提出了一种陀螺仪自由转子偏角信号读取的方法，这种方法基于对反射光斑的四象限分割。与其它光电式读取方案相比，该方法减少了所需传感器的数量，通过一个极轴传感器就可以得到转子自转轴的偏角大小及方位信号，从而可以简化陀螺的结构，提高陀螺的可靠性。     

陀螺漂移模型变量的最优选择

陀螺漂移模型变量的选择在建模中具有重要作用。本文讨论了变量选择的多种方法，提出一种改进的子集比较法，并结合陀螺测漂实例对实现模型变量的最优选择进行了研究。     

寻北系统陀螺仪与g有关项漂移的场地标定

根据寻北系统的工作原理，提出了一种与g有关的陀螺仪漂移误差的场地快速标定方法。通过该方法可以在外场地简便、有效地对寻北陀螺的与g有关的漂移项进行准确测量。通过误差补偿可以保证寻北系统长时期的工作精度。     

AR模型在动力调谐陀螺仪漂移补偿中的应用

根据静基座上动力调谐陀螺仪的漂移特性，运用时间序列分析方法建立了动力调谐陀螺仪随机漂移的时序模型，提出了一种动力调谐陀螺仪漂移自适应实时控制补偿方法。文中详细介绍了ＡＲ模型参数估计算法，列举了采用ＡＲ（２）模型进行漂移自适应补偿的实验数据，证明了该方法的可行性。     

球团及杆状硅相复合增强ZA27合金的结构及其耐磨性研究

通过对钠盐处理含硅质量分数为３．０％￣５．０％的ＺＡ２７合金组织进行电镜观察，发现其球团硅相表面生长有杆状共晶硅相。通过干摩摩擦和表面分析结果表明，这种带有杆状共晶硅的球团硅相在摩擦过程中较牢固地嵌于基体中不易脱落，因而可增强ＺＡ２７合金并改善其耐磨性，而共晶杆状硅团簇的割裂基体及降低韧性的问题可通过振动凝固方式解决。     

光纤检测系统在燃气管道应力、位移实验分析中的应用

城市燃气管道是城市基础设施的重要组成部分,由于城市路面车流量的增加、道路的路况以及管道本身材质的缺陷,在长期的工作环境下,埋入地下的管道受到了各种力的作用,其受力情况十分复杂。目前管道的埋深和管道本身的设计是根据设计人员的经验或者简单理论分析来确定的,遇到沉降因素复杂的特殊地段管道,其安全就不能保证,所以有必要进行实验分析。本文通过特殊地段管道的模拟试验,分析了在不同沉降因素作用下管道的安全性,试验中应用光纤检测系统及电测系统同时进行检测,两者的分析结果相近,为燃气管道沉降参数监测与预报系统的建立奠定实验基础。     

润滑油中含水量对氮化硅陶瓷摩擦学性能的影响

本文对氮化硅陶瓷(Si_3N_4)在含水润滑油中的摩擦学性能进行了试验研究。结果表明,在本试验条件下,润滑油的含水量越大,氮化硅陶瓷的摩擦系数越高,磨损量也越大。