微機(jī)械陀螺是一種測(cè)量物體角速度或角位移的慣性傳感器。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,通過(guò)對(duì)器件結(jié)構(gòu)、處理電路以及控制算法等方面相關(guān)技術(shù)的不斷推進(jìn),微機(jī)械陀螺的性能指標(biāo)在不斷提升,系統(tǒng)集成度也越來(lái)越高。本論文的研究?jī)?nèi)容主要分為兩個(gè)方面,一是對(duì)陀螺系統(tǒng)高穩(wěn)定性信號(hào)處理架構(gòu)和控制算法進(jìn)行研究,二是針對(duì)工程應(yīng)用背景,對(duì)系統(tǒng)降功耗方案進(jìn)行研究。本論文在課題組已有的研究基礎(chǔ)上,所做的主要工作和貢獻(xiàn)概括如下:1)雙邊帶解調(diào)算法（Double side band,DSB）和單邊帶解調(diào)算法（Single side band,SSB）是目前廣泛應(yīng)用于微機(jī)械陀螺電容電壓轉(zhuǎn)換（Capacitance voltage conversion,C/V）接口電路中的兩種信號(hào)解調(diào)算法。本文在具體的微機(jī)械陀螺控制環(huán)路中,對(duì)分別基于兩種解調(diào)算法的信號(hào)處理架構(gòu)進(jìn)行了理論分析,總結(jié)了兩種解調(diào)算法各自的優(yōu)越性和局限性,更進(jìn)一步地揭示出了陀螺驅(qū)動(dòng)模態(tài)C/V電路的相位波動(dòng)對(duì)于檢測(cè)輸出端的影響,并通過(guò)Simulink建立兩種信號(hào)處理架構(gòu)的仿真模型驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性。在此基礎(chǔ)上,提出了一種將兩種電容信號(hào)解調(diào)算法相結(jié)合的高穩(wěn)定性控制方案（D&... 

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圖１．１德國(guó)ＬＩＴＥＦ?ＧｍｂＨ公司的陀螺結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)??

?ｔ〇ｅ?，〇’?ｔｏ？?ｔｏ５?？〇＊?１０ｓ?ｉ〇＊??１?ＤｅｔｅｃｔｓｏｎＭｏｄｅ?ａ?ＣｉｏａｓｅｒＴｉｍｅＴ?抝??圖１．１德國(guó)ＬＩＴＥＦ?ＧｍｂＨ公司的陀螺結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)??美國(guó)佐治亞理工大學(xué)于２００８年報(bào)道了一種高穩(wěn)定性的微機(jī)械陀螺系統(tǒng)Ｐ］，其零??偏穩(wěn)定性優(yōu)于０．１?°／ｈ。陀螺結(jié)構(gòu)及外圍處理電路如圖１．２所示，陀螺器件采用雙質(zhì)量??塊音叉式結(jié)構(gòu)，除常規(guī)的驅(qū)動(dòng)電極和檢測(cè)電極外，還配有正交誤差抑制電極以及調(diào)諧??結(jié)構(gòu)。該陀螺驅(qū)動(dòng)模態(tài)采用ＰＬＬ加ＡＧＣ閉環(huán)控制，檢測(cè)模態(tài)采用開(kāi)環(huán)檢測(cè)，此外還??運(yùn)用了模態(tài)匹配技術(shù)以提高系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度。陀螺系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境為真空，２５?°Ｃ下??性能測(cè)試結(jié)果達(dá)到零偏穩(wěn)定性０．１５?°／ｈ，角度隨機(jī)游走０．００７?°／Ｗｈ。其性能指標(biāo)隨溫度??降低而提高，５?°Ｃ下測(cè)試結(jié)果為，零偏穩(wěn)定性０．０９?°／ｈ，角度隨機(jī)游走０．００５?°／Ｖｈ，系??統(tǒng)帶寬小于１０?Ｈｚ。??／???

圖１．３德國(guó)ＢＯＳＣＨ公司的微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)??土耳其的ＭＥＴＵ－ＭＥＭＳ研究與應(yīng)用中心２０１５年報(bào)道了一種能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行模態(tài)匹??配的高穩(wěn)定性微機(jī)械陀螺系統(tǒng)［９］。如圖１．４所示，陀螺釆用單質(zhì)量塊全解耦式結(jié)構(gòu)，??真空封裝，品質(zhì)因子高達(dá)９３００，通過(guò)使用剛性桁架將差分檢測(cè)電梗相連來(lái)抑制由于??驅(qū)動(dòng)模態(tài)振動(dòng)引起的檢測(cè)模態(tài)的二倍頻振動(dòng)［１０］，通過(guò)靜電調(diào)諧技術(shù)實(shí)現(xiàn)模態(tài)匹配，??處理電路采用基于Ｃ０ＭＳ工藝的ＡＳＩＣ芯片。室溫下性能測(cè)試結(jié)果表明：模態(tài)匹配情??況下零偏穩(wěn)定性達(dá)到０．８４?°／ｈ，角度隨機(jī)游走達(dá)到０．００６５?°／Ｖｈ，和模態(tài)分離２５０?Ｈｚ時(shí)??相比分別改善了?１．５倍和６倍。??Ｍｏｖａｂｌｅ?Ｄｒｉｖｅ?代?Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ?ｗ??Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ?＇Ｔ?＾?＾Ｔ?裳Ｓｔ?仙，??馨舊??卜ａ?＿、＇、．’、一一??Ｒｉｇｉｄ－ｔｒｕｓｓｅｓ?ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ＾＾＾ｎ＾＾＾＾＾＾＾?Ｊｆ?、‘??ｔｗｏｓｅｎｓｅ＾ｌｅｄｒｏｄｅｓ?Ｘ?Ｓｅｎｓｅ＊Ｙ，?０ｒｉｖｃ?＃＊？＊５?戰(zhàn)?５，?：?ｔ（ｓｃｃ）?ｗ?；５Ｃ?腳??圖１．４?土耳其ＭＥＴＵ－ＭＥＭＳ研究與應(yīng)用中心報(bào)道的陀螺結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)??２０１５年，美國(guó)Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ?Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ公司報(bào)道了一種能夠精確尋北的慣性傳感??器組件［１１］，該慣組包含三個(gè)音叉式結(jié)構(gòu)的微機(jī)械陀螺和三個(gè)加速度計(jì)。如圖１．５所??示

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]MEMS微陀螺儀研究進(jìn)展[J]. 成宇翔,張衛(wèi)平,陳文元,崔峰,劉武,吳校生.  微納電子技術(shù). 2011(05)
[2]基于SOPC的單軸陀螺驅(qū)動(dòng)環(huán)路設(shè)計(jì)[J]. 周文聞,張嶸,周斌,陳志勇.  中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào). 2009(01)
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博士論文
[1]柵結(jié)構(gòu)微機(jī)械陀螺的高精度高穩(wěn)定性研究[D]. 馬威.浙江大學(xué) 2017
[2]線性調(diào)諧微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)技術(shù)的研究[D]. 朱輝杰.浙江大學(xué) 2014
[3]可調(diào)諧柵結(jié)構(gòu)微機(jī)械陀螺的研究[D]. 胡世昌.浙江大學(xué) 2013
[4]基于新型梳狀柵電容結(jié)構(gòu)的微機(jī)械慣性傳感器研究[D]. 鄭旭東.浙江大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3573532