【摘要】：硅微振梁加速度計(jì)精度高、體積小、直接輸出頻率量,在民用和軍事領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。本文面向硅微振梁加速度計(jì)及由其構(gòu)成的MIMU的應(yīng)用需求,研究多路快速頻率測(cè)量技術(shù),并針對(duì)加速度計(jì)的溫度誤差研究補(bǔ)償方法,以實(shí)現(xiàn)NIMU對(duì)加速度參數(shù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)。全文主要內(nèi)容如下:1.基于課題組自主研制的硅微振梁加速度計(jì)結(jié)構(gòu),闡述了硅微振梁加速度計(jì)的動(dòng)力學(xué)模型與工作原理,比較了基于計(jì)數(shù)法的幾種高精度頻率測(cè)量方法,分析了測(cè)頻誤差來源。結(jié)合振梁加速度計(jì)實(shí)際應(yīng)用需求,選取多周期同步法和八路移相時(shí)鐘計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)本課題多路頻率量測(cè)量。2.針對(duì)硅微振梁加速度計(jì)差分結(jié)構(gòu)特點(diǎn),基于VerilogHDL進(jìn)行了多周期同步計(jì)數(shù)法和八路移相時(shí)鐘計(jì)數(shù)法的測(cè)頻算法設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了雙路同步測(cè)頻和實(shí)時(shí)求差計(jì)算。針對(duì)系統(tǒng)級(jí)算法對(duì)數(shù)據(jù)更新速率的要求,在測(cè)頻算法中設(shè)置了多種采樣速率,實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率量的快速檢測(cè)。對(duì)測(cè)頻算法的原理分析表明,八路移相時(shí)鐘計(jì)數(shù)法的最大測(cè)量誤差較多周期同步法減小八倍,達(dá)到0.075mHz,但后者資源占用較少,實(shí)時(shí)性更好。3.基于FPGA設(shè)計(jì)了適用于MIMU三個(gè)軸向加速度檢測(cè)的六路頻率測(cè)量系統(tǒng),完成了軟硬件調(diào)試。實(shí)測(cè)對(duì)比了多周期同步法和八路移相時(shí)鐘計(jì)數(shù)法的測(cè)頻精度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明八路移相時(shí)鐘計(jì)數(shù)法明顯優(yōu)于多周期同步法,且平均測(cè)量誤差達(dá)到了 0.03mHz,滿足了加速度計(jì)對(duì)頻率測(cè)量的要求�？焖俨蓸訙y(cè)試表明該方案在100Hz采樣率下工作正常,測(cè)量誤差符合預(yù)期。采用所研制的六路測(cè)頻電路對(duì)三加速度計(jì)進(jìn)行同步測(cè)試試驗(yàn),驗(yàn)證了軟硬件的正確性和有效性。4.根據(jù)硅微振梁加速度計(jì)的工作原理和材料特性,分析了溫度對(duì)其諧振頻率的影響,據(jù)此研究了一種利用加速度計(jì)諧振頻率建模進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?并基于Verilog HDL完成了溫度補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)。在常溫下和全溫范圍內(nèi)對(duì)加速度計(jì)零偏進(jìn)行在線溫度補(bǔ)償試驗(yàn),結(jié)果均表明該方法能夠有效提高加速度檢測(cè)的偏值穩(wěn)定性,具有良好的工程應(yīng)用前景。本文研究的硅微振梁加速度計(jì)多路快速頻率檢測(cè)電路和在線溫度誤差補(bǔ)償方法,實(shí)現(xiàn)了 MIMU加速度參數(shù)的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)檢測(cè),為推進(jìn)硅微振梁加速度計(jì)的工程應(yīng)用研究奠定了良好的基礎(chǔ)。
【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

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本文編號(hào)：2644606