本文關鍵詞：轉子式陀螺電極結構建模分析與檢測技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著慣性器件的發(fā)展,世界范圍內展開了對于陀螺儀的研究。目前的轉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-轉子式陀螺結構。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果的線性度和靈敏度。本論文中討論了用電容變化表征轉子位置變化的適用條件及存在誤差。對存在輸入角速度轉子偏轉時的檢測電容進行了數學建模。然后通過Maxwell軟件對陀螺電極電容結構建模仿真,對影響差分電容檢測結果的因素進行了探討。針對電容的邊緣效應進行了分析,設計了增加保護極板的解決方案。接著設計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、相敏解調和低通濾波幾部分。推導各部分電路的傳遞函數,結合有限元仿真得到的電容值,通過Multisim軟件對電路進行仿真,模擬了存在輸入角速度時輸出電壓隨轉子偏轉而改變的電容檢測過程。最后對陀螺電容檢測進行實驗測試,驗證之前分析的結果,并對結果進行處理。在研究中發(fā)現,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選擇對于檢測結果更為有利;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擔。設計的保護電極結構有效的減少了邊緣效應的影響,改善了檢測結果。通過對檢測結構和檢測電路數學模型的推導,為陀螺解算和其他后續(xù)信號處理建立了理論基礎。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,相關系數達到0.99994。實驗結果與仿真得到的結論一致,得到結果依然存在的非線性,通過誤差補償的方法對檢測結果進行線性化處理,補償前后非線性誤差由5.2322%降低到0.25377%,得到了較為準確的電壓-角速度對應關系。
【關鍵詞】：球碟-轉子式陀螺 差分電容 電極結構 電容檢測 線性化處理
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 國內外研究現狀10-17
• 1.2.1 靜電懸浮轉子式微陀螺10-13
• 1.2.2 磁懸浮轉子式微陀螺13-15
• 1.2.3 電容檢測技術研究現狀15-17
• 1.3 研究目的和意義17-18
• 1.4 本課題研究內容18-19
• 第2章 檢測電容數學模型建立與分析19-30
• 2.1 球碟-轉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 實際電容數學模型的建立23-28
• 2.4 本章小結28-30
• 第3章 電極結構的有限元仿真與分析30-46
• 3.1 有限元仿真概述30
• 3.2 電極結構參數的分析30-41
• 3.2.1 球碟-轉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 邊緣效應的消除41-45
• 3.3.1 邊緣效應概念41-42
• 3.3.2 邊緣效應的消除方法42-43
• 3.3.3 電極結構改進43-45
• 3.4 本章小結45-46
• 第4章 檢測電路設計及其在陀螺中的應用46-56
• 4.1 電荷放大電路46-48
• 4.2 相敏解調電路48-50
• 4.2.1 相敏解調的原理48-49
• 4.2.2 解調電路應用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用的仿真分析51-55
• 4.5 本章小結55-56
• 第5章 實驗及數據的線性化處理56-66
• 5.1 實驗環(huán)境56-57
• 5.2 變電容面積實驗57-58
• 5.3 變電容間距實驗58-59
• 5.4 實驗結果的線性化處理59-65
• 5.4.1 常用的線性化矯正方法59
• 5.4.2 實驗數據59-60
• 5.4.3 線性化處理60-65
• 5.5 本章小結65-66
• 結論66-68
• 參考文獻68-73
• 致謝73

【參考文獻】

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1 孫r囋，

本文編號：317385