本文關(guān)鍵詞：微機械陀螺自動化測試系統(tǒng)的設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 微機械陀螺 數(shù)據(jù)采集 安裝誤差補償 溫度補償 測試方法

【摘要】：隨著MEMS陀螺大規(guī)模量產(chǎn),其成本越來越低,但是與陀螺性能相關(guān)的測試周期比較長,這使得陀螺的測試成本較高,從而增加了陀螺的相對成本,為MEMS陀螺的推廣帶來不便。為此本文設(shè)計了一套微機械陀螺自動化測試系統(tǒng),提高了陀螺的測試效率,降低了測試成本。針對微機械陀螺批量測試的問題,設(shè)計了多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),采用FPGA作為系統(tǒng)的控制芯片,對64路微機械陀螺進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,并通過USB接口與上位機進(jìn)行通信。針對批量微機械陀螺快速安裝時引起的安裝誤差較大的問題,通過對陀螺標(biāo)度因數(shù)和安裝誤差的解耦測試原理和陀螺坐標(biāo)系三軸分別激勵測試原理分析,設(shè)計了標(biāo)度因數(shù)和安裝誤差角的測試方法,陀螺的安裝誤差角經(jīng)過補償后對標(biāo)度因數(shù)和零偏測試的影響可以降到很小。針對標(biāo)度因數(shù)溫度系數(shù)和零偏溫度系數(shù)傳統(tǒng)測試方法的缺點,改進(jìn)了測試方法,減小了溫度測試間隔,提高了標(biāo)度因數(shù)溫度系數(shù)和零偏溫度系數(shù)的準(zhǔn)確性。雖然總的測試時間會增加,由于陀螺進(jìn)行的是批量測試,陀螺相對測試成本也會降低。另外,通過對陀螺按余弦函數(shù)變化的轉(zhuǎn)速進(jìn)行周期內(nèi)的互相關(guān)分析,設(shè)計了一種快速標(biāo)定陀螺標(biāo)度因數(shù)和零偏的方法,可以很大程度上縮短測試時間。針對不同溫度下微機械陀螺的標(biāo)度因數(shù)、零偏變化較大的問題,首先分析了多項式擬合、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色預(yù)測模型三種補償算法的基本原理,然后利用補償算法對標(biāo)度因數(shù)、零偏進(jìn)行了溫度補償,減小了溫度變化對陀螺標(biāo)度因數(shù)、零偏的影響。最后對微機械陀螺進(jìn)行測試試驗,通過對陀螺坐標(biāo)系三軸分別指天測試結(jié)果與設(shè)計的兩種測試方法的測試結(jié)果分析,驗證了設(shè)計的測試方法的可行性;對于不同溫度下標(biāo)度因數(shù)和零偏測試結(jié)果,通過三種補償算法進(jìn)行補償,取得了良好的補償效果。
【關(guān)鍵詞】：微機械陀螺 數(shù)據(jù)采集 安裝誤差補償 溫度補償 測試方法
【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】：2016
【分類號】：TN96;TP274
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 微機械陀螺國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 國內(nèi)外微機械陀螺測試設(shè)備的研究12-13
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容13-15
• 第2章 微機械陀螺工作原理及分析15-24
• 2.1 哥氏加速度15-17
• 2.2 微機械陀螺的動力學(xué)特性17-20
• 2.2.1 開環(huán)模式17-20
• 2.2.2 閉環(huán)模式20
• 2.3 靜電驅(qū)動20-21
• 2.4 電容檢測21-22
• 2.5 陀螺測試中的影響因素分析22-23
• 2.6 本章小結(jié)23-24
• 第3章 微機械陀螺的批量測試方法設(shè)計24-44
• 3.1 理論分析24-28
• 3.1.1 解耦測試原理分析24-27
• 3.1.2 陀螺坐標(biāo)系三軸激勵測試分析27-28
• 3.2 標(biāo)度因數(shù)和安裝誤差的測試28-29
• 3.3 閾值的測試29-30
• 3.4 分辨率的測試30-31
• 3.5 標(biāo)度因數(shù)溫度系數(shù)和零偏溫度系數(shù)的測試31-35
• 3.5.1 傳統(tǒng)測試方法31
• 3.5.2 改進(jìn)的測試方法31-32
• 3.5.3 快速標(biāo)定方法及其分析32-34
• 3.5.4 存在的問題34-35
• 3.6 標(biāo)度因數(shù)和零偏溫度補償算法35-43
• 3.6.1 最小二乘基本原理和多項式擬合35-37
• 3.6.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法37-41
• 3.6.3 灰色預(yù)測模型41-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 第4章 微機械陀螺測試系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計44-58
• 4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計44-51
• 4.1.1 FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計44-45
• 4.1.2 AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計45-48
• 4.1.3 數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計48
• 4.1.4 數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計48-50
• 4.1.5 電源模塊設(shè)計50-51
• 4.2 整個系統(tǒng)的PCB設(shè)計51-52
• 4.2.1 設(shè)計的注意事項51-52
• 4.2.2 PCB的設(shè)計52
• 4.3 FPGA程序設(shè)計52-57
• 4.3.1 鎖相環(huán)設(shè)置52-53
• 4.3.2 AD接口模塊程序設(shè)計53-54
• 4.3.3 FIFO模塊設(shè)計54-55
• 4.3.4 數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計55-56
• 4.3.5 USB接口模塊設(shè)計56-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第5章 微機械陀螺的測試與分析58-85
• 5.1 標(biāo)度因數(shù)和安裝誤差測試58-67
• 5.1.1 陀螺坐標(biāo)系三軸分別激勵測試58-63
• 5.1.2 標(biāo)度因數(shù)測試方法一63-64
• 5.1.3 標(biāo)度因數(shù)測試方法二64-66
• 5.1.4 測試結(jié)果分析66-67
• 5.2 標(biāo)度因數(shù)和零偏溫度測試67-84
• 5.2.1 不同溫度下標(biāo)度因數(shù)的測試67-68
• 5.2.2 不同溫度下零偏的測試68-69
• 5.2.3 標(biāo)度因數(shù)溫度補償69-78
• 5.2.4 零偏溫度補償78-82
• 5.2.5 實驗結(jié)果分析82-84
• 5.3 本章小結(jié)84-85
• 結(jié)論85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 致謝90

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