發(fā)布時(shí)間：2018-12-17 06:50

【摘要】：本論文針對實(shí)驗(yàn)室目前自主研究的硅微機(jī)械陀螺做出研究,設(shè)計(jì)了低噪聲抗干擾的接口電路以及數(shù)字化測控電路,主要工作如下:首先介紹了硅微機(jī)械陀螺儀機(jī)械結(jié)構(gòu)及測控電路工作原理,對陀螺驅(qū)動(dòng)閉環(huán)與檢測開環(huán)的工作機(jī)理進(jìn)行推導(dǎo),并進(jìn)行誤差分析。建立了陀螺寄生電容拓?fù)?并對寄生電容進(jìn)行測量,根據(jù)測量結(jié)果對寄生電容引起的問題進(jìn)行分析并提出解決方案�；谕勇莨ぷ鳈C(jī)理推導(dǎo)、誤差分析以及對寄生電容問題的研究,提出了機(jī)電接口電路的設(shè)計(jì)目標(biāo),其必須要達(dá)到低噪聲與抗干擾的要求。針對目前實(shí)驗(yàn)室采用的跨阻式接口所存在的不足,提出了三種接口電路改進(jìn)方案:T型網(wǎng)絡(luò)接口、積分-微分式接口、兩級積分式接口,對三種接口電路的原理進(jìn)行了介紹,并對其噪聲性能與抗干擾性能進(jìn)行仿真對比。根據(jù)對比結(jié)果,最終確定采用兩級積分式接口,測試結(jié)果表明,其等效輸入電流噪聲為24.3fA/√Hz(@6.4KHz),增益為20.6M,相位誤差0.66°,解調(diào)相位誤差0.44°,并且不受輸入雜散電容影響,能夠避免高頻振蕩,滿足低噪聲與抗干擾要求。然后,對陀螺數(shù)字化測控電路進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。采用FPGA作為數(shù)字平臺,通過合理的設(shè)計(jì),保證PCB信號完整性。制作完成的電路測試結(jié)果表明,模擬部分與數(shù)字部分均沒有引入額外噪聲,保證了接口電路的性能。最后,采用此次設(shè)計(jì)的接口電路與數(shù)字化測控系統(tǒng)對陀螺進(jìn)行測試,陀螺的標(biāo)度因數(shù)為23.5mV/°/s,標(biāo)度因數(shù)非線性為339.7ppm,角度隨機(jī)游走為0.011°/√h,零偏不穩(wěn)定性位0.4°/h,輸出速率為10Hz時(shí)1σ零偏穩(wěn)定性為0.78°/h,達(dá)到了戰(zhàn)術(shù)級陀螺的性能要求。
[Abstract]:In this paper, we study the silicon micromachined gyroscope, and design the interface circuit of low noise and anti-interference, as well as the digital measurement and control circuit. The main work is as follows: firstly, the mechanical structure of silicon micromachined gyroscope and the working principle of measurement and control circuit are introduced. The working mechanism of the gyroscope driving closed loop and detecting open loop is deduced, and the error analysis is carried out. The parasitic capacitance topology of gyroscope is established, and the parasitic capacitance is measured. According to the measurement results, the problems caused by parasitic capacitance are analyzed and solutions are put forward. Based on the working mechanism of gyroscope, error analysis and the study of parasitic capacitance, the design goal of electromechanical interface circuit is put forward, which must meet the requirements of low noise and anti-interference. In view of the shortcomings of the transresistive interface used in the laboratory at present, three kinds of interface circuit improvement schemes are put forward: T-type network interface, integral-differential interface, two-stage integral interface. The principle of the three interface circuits is introduced. The noise performance and anti-interference performance are simulated and compared. According to the comparison results, the two-stage integral interface is finally adopted. The test results show that the equivalent input current noise is 24.3fA/ Hz (@ 6.4KHz), the gain is 20.6m, the phase error is 0.66 擄, and the demodulation phase error is 0.44 擄. It can avoid high frequency oscillation and meet the requirements of low noise and anti-interference without the influence of input stray capacitance. Then, the hardware design of gyroscope digital measurement and control circuit is carried out. FPGA is used as the digital platform and the integrity of PCB signal is ensured by reasonable design. The circuit test results show that there is no extra noise in the analog part and the digital part, which ensures the performance of the interface circuit. Finally, the gyroscope is tested by the interface circuit and the digital measurement and control system. The scale factor of the gyro is 23.5mV/ 擄/ s, the scale factor is 339.7 ppm, the angle of random walk is 0.011 擄/ hm ~ (-1), the scale factor is 339.7 ppm, and the angle of the gyro is 0.011 擄/ hm ~ (-1). The zero bias instability position is 0.4 擄/ h, and the 1 蟽 zero bias stability is 0.78 擄/ h when the output rate is 10Hz, which meets the performance requirements of tactical gyroscope.
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN96

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本文編號：2383835