發(fā)布時(shí)間：2020-04-07 01:44

【摘要】：微慣性測(cè)量單元(MMU)是可以測(cè)量六個(gè)方向慣性參數(shù)的微慣性系統(tǒng),在民用領(lǐng)域和軍用領(lǐng)域都具有很大的發(fā)展前景。本文基于MIMU的基本理論,設(shè)計(jì)了由電容式加速度計(jì)和振動(dòng)式陀螺儀構(gòu)成的集成化MIMU結(jié)構(gòu),并結(jié)合相關(guān)測(cè)控電路對(duì)集成化MIMU系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。本文工作主要包括:(1)分析了國(guó)內(nèi)外加速度計(jì)、陀螺儀、MIMU、集成化MIMU的發(fā)展近況;基于微慣性傳感器的工作原理,對(duì)電容式加速度計(jì)和振動(dòng)式陀螺儀進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,得到了電容式加速度計(jì)和振動(dòng)式陀螺儀的基本運(yùn)動(dòng)方程;概述了電容式加速度計(jì)和振動(dòng)式陀螺儀常用的梳齒結(jié)構(gòu)形式及相關(guān)的驅(qū)動(dòng)方式和檢測(cè)方式,為后續(xù)集成化MIMU的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)仿真奠定了基礎(chǔ)。(2)在分析國(guó)內(nèi)外MIMU集成化方案的基礎(chǔ)上,提出可同時(shí)測(cè)量單一方向加速度和角速度的加速度計(jì)陀螺儀一體化結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)選擇蟹腳梁、直梁、矩形梁作為集成化MIMU結(jié)構(gòu)的支撐梁,消除了陀螺儀驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)之間的耦合影響,減少了在水平軸方向加速度計(jì)檢測(cè)模態(tài)對(duì)陀螺儀檢測(cè)模態(tài)造成的干擾;針對(duì)加速度計(jì)檢測(cè)模態(tài)受陀螺儀驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)干擾的問題,該結(jié)構(gòu)采用等高和不等高的檢測(cè)梳齒結(jié)構(gòu),并采用變間距式和變面積式的差分檢測(cè)方式,保證了所測(cè)得加速度準(zhǔn)確度和精確度;基于以上設(shè)計(jì)原理,確定了集成化MIMU結(jié)構(gòu)的主要尺寸參數(shù)。(3)為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的集成化MIMU結(jié)構(gòu)的合理性,本文利用有限元軟件進(jìn)行了微位移分析、重力分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析及瞬態(tài)沖擊響應(yīng)分析。由微位移分析得到結(jié)構(gòu)對(duì)各軸加速度和角速度的位移靈敏度,為測(cè)控電路的設(shè)計(jì)提供了重要參考依據(jù);由重力分析得到結(jié)構(gòu)在自由狀態(tài)下的最大應(yīng)力強(qiáng)度為449KPa,完全滿足理論應(yīng)力強(qiáng)度要求;由模態(tài)分析得到X軸、Y軸、Z軸加速度計(jì)陀螺儀結(jié)構(gòu)工作模態(tài)的固有頻率,為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與系統(tǒng)仿真提供了重要理論數(shù)據(jù);由諧響應(yīng)分析得到各框架的幅頻響應(yīng)曲線,進(jìn)而計(jì)算出集成化MIMU結(jié)構(gòu)各方向之間的交叉耦合關(guān)系,為提高集成化MIMU系統(tǒng)檢測(cè)準(zhǔn)確度奠定了基礎(chǔ);由瞬態(tài)沖擊響應(yīng)分析可知,該結(jié)構(gòu)可承受100g的瞬態(tài)沖擊載荷。(4)基于對(duì)電容式加速度計(jì)和振動(dòng)式陀螺儀常用測(cè)控電路的分析,設(shè)計(jì)了適用于集成化MIMU結(jié)構(gòu)的測(cè)控系統(tǒng),并分析了系統(tǒng)中鎖相環(huán)模塊、AGC模塊、載波模塊、調(diào)制模塊、解調(diào)模塊的工作原理;通過對(duì)Y軸振動(dòng)式陀螺儀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和Y軸加速度計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了 Simulink建模和仿真,得出集成化MIMU系統(tǒng)測(cè)量角速度和加速度的標(biāo)度因數(shù)分別為8.552mV/°/s和65mV/g,仿真結(jié)果表明,集成化MIMU系統(tǒng)具有一定的可行性,同時(shí)陀螺儀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有一定的魯棒性。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH824.4;TN96

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2617283