本文關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子式陀螺電極結(jié)構(gòu)建模分析與檢測技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著慣性器件的發(fā)展,世界范圍內(nèi)展開了對于陀螺儀的研究。目前的轉(zhuǎn)子式微陀螺都存在著一定的問題,為了解決這些問題并獲得更高的精度,哈工大MEMS中心提出了新型球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺結(jié)構(gòu)。在陀螺系統(tǒng)中,電容檢測部分直接決定了器件的性能。本文針對球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺的檢測電極電容展開了研究,目的為了提升陀螺系統(tǒng)的性能,改善差分電容檢測結(jié)果的線性度和靈敏度。本論文中討論了用電容變化表征轉(zhuǎn)子位置變化的適用條件及存在誤差。對存在輸入角速度轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)時的檢測電容進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。然后通過Maxwell軟件對陀螺電極電容結(jié)構(gòu)建模仿真,對影響差分電容檢測結(jié)果的因素進(jìn)行了探討。針對電容的邊緣效應(yīng)進(jìn)行了分析,設(shè)計(jì)了增加保護(hù)極板的解決方案。接著設(shè)計(jì)分析了電容檢測方案,檢測電路主要包括電荷放大、差分放大、相敏解調(diào)和低通濾波幾部分。推導(dǎo)各部分電路的傳遞函數(shù),結(jié)合有限元仿真得到的電容值,通過Multisim軟件對電路進(jìn)行仿真,模擬了存在輸入角速度時輸出電壓隨轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)而改變的電容檢測過程。最后對陀螺電容檢測進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試,驗(yàn)證之前分析的結(jié)果,并對結(jié)果進(jìn)行處理。在研究中發(fā)現(xiàn),用電容表征位置變化在位移較小時誤差才較小。影響差分電容檢測結(jié)果的因素中,較大的極板間距可以獲得良好的線性度,但會以損失靈敏度為代價;電極中心角度和內(nèi)外半徑直接影響了極板面積,綜合比較增大極板面積的參數(shù)選擇對于檢測結(jié)果更為有利;電極分配上,四電極方案相比于三、八電極方案更具優(yōu)勢,在完成信號檢測同時不會為信號處理增加額外的負(fù)擔(dān)。設(shè)計(jì)的保護(hù)電極結(jié)構(gòu)有效的減少了邊緣效應(yīng)的影響,改善了檢測結(jié)果。通過對檢測結(jié)構(gòu)和檢測電路數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo),為陀螺解算和其他后續(xù)信號處理建立了理論基礎(chǔ)。電路仿真得得到了包含電容變化信息的直流電壓信號,相對于差分電容變化線性度良好,相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.99994。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真得到的結(jié)論一致,得到結(jié)果依然存在的非線性,通過誤差補(bǔ)償?shù)姆椒▽z測結(jié)果進(jìn)行線性化處理,補(bǔ)償前后非線性誤差由5.2322%降低到0.25377%,得到了較為準(zhǔn)確的電壓-角速度對應(yīng)關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺 差分電容 電極結(jié)構(gòu) 電容檢測 線性化處理
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN96
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 靜電懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺10-13
• 1.2.2 磁懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺13-15
• 1.2.3 電容檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 研究目的和意義17-18
• 1.4 本課題研究內(nèi)容18-19
• 第2章 檢測電容數(shù)學(xué)模型建立與分析19-30
• 2.1 球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺的工作原理19-20
• 2.2 電容檢測的誤差分析20-23
• 2.3 實(shí)際電容數(shù)學(xué)模型的建立23-28
• 2.4 本章小結(jié)28-30
• 第3章 電極結(jié)構(gòu)的有限元仿真與分析30-46
• 3.1 有限元仿真概述30
• 3.2 電極結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析30-41
• 3.2.1 球碟-轉(zhuǎn)子陀螺有限元模型建立31
• 3.2.2 線性回歸分析原理31-33
• 3.2.3 電極與轉(zhuǎn)子間距對電容檢測的影響33-34
• 3.2.4 電極中心角度對電容檢測的影響34-36
• 3.2.5 電極半徑對電容檢測的影響36-38
• 3.2.6 電極分配對電容檢測的影響38-41
• 3.3 邊緣效應(yīng)的消除41-45
• 3.3.1 邊緣效應(yīng)概念41-42
• 3.3.2 邊緣效應(yīng)的消除方法42-43
• 3.3.3 電極結(jié)構(gòu)改進(jìn)43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 檢測電路設(shè)計(jì)及其在陀螺中的應(yīng)用46-56
• 4.1 電荷放大電路46-48
• 4.2 相敏解調(diào)電路48-50
• 4.2.1 相敏解調(diào)的原理48-49
• 4.2.2 解調(diào)電路應(yīng)用49-50
• 4.3 低通濾波電路50-51
• 4.4 電容檢測電路在陀螺中應(yīng)用的仿真分析51-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第5章 實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)的線性化處理56-66
• 5.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境56-57
• 5.2 變電容面積實(shí)驗(yàn)57-58
• 5.3 變電容間距實(shí)驗(yàn)58-59
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的線性化處理59-65
• 5.4.1 常用的線性化矯正方法59
• 5.4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)59-60
• 5.4.3 線性化處理60-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 孫r囋，

本文編號：317385