隨著技術(shù)的發(fā)展,MEMS慣性測量單元的精度不斷提高,又因其具有體積小、功耗低、成本低等優(yōu)點,在越來越多的領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。MEMS慣性測量單元的研制對國民經(jīng)濟和國防建設(shè)都具有重要的價值�；诠栉⑼勇輧x和硅微加速度計,本文針對某水下裝置研制了一款MEMS慣性測量單元,并對系統(tǒng)中硅微陀螺儀的溫度補償技術(shù)和慣性測量單元的耦合誤差補償技術(shù)進行了研究。全文的主要內(nèi)容如下:（1）分析了硅微陀螺儀、硅微加速度計的動力學(xué)模型和工作原理,對硅微陀螺儀溫度誤差來源進行了分析,表明其主要來源于材料和電路元器件的溫度特性,介紹了MEMS慣性測量單元的誤差分類,為后續(xù)溫度補償和耦合誤差補償提供了基礎(chǔ)。（2）針對MEMS慣性測量單元的應(yīng)用環(huán)境和工程需求,進行了系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和模態(tài)、諧響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)仿真分析,完成了硅微陀螺儀測控電路、加速度計配置電路和信號采集及數(shù)據(jù)處理FPGA數(shù)字電路設(shè)計與優(yōu)化,系統(tǒng)軟件框架及信號采集、數(shù)據(jù)處理和通信等軟件的設(shè)計,實現(xiàn)了 MEMS慣性測量單元樣機。（3）基于溫度對硅微陀螺儀品質(zhì)因數(shù)、固有頻率和零偏影響機理的分析,分別設(shè)計了線性和分段線性模型對陀螺儀的常溫和全溫零偏輸出進行離線和... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 國內(nèi)外研究概況
        1.2.1 MEMS陀螺儀和加速度計
        1.2.2 MEMS慣性測量單元
        1.2.3 硅微陀螺儀溫度補償技術(shù)
        1.2.4 MEMS慣性測量單元誤差建模及補償技術(shù)
    1.3 課題研究的目的及意義
    1.4 論文主要內(nèi)容
第二章 MEMS慣性測量單元的基礎(chǔ)理論
    2.1 引言
    2.2 MEMS慣性器件的基本原理
        2.2.1 硅微陀螺儀的基本原理
        2.2.2 硅微加速度計的基本原理
    2.3 硅微陀螺儀溫度誤差來源
        2.3.1 陀螺儀材料溫度特性和封裝技術(shù)引入誤差
        2.3.2 電路元器件溫度特性引入誤差
    2.4 MEMS慣性測量單元誤差分類
    2.5 本章小結(jié)
第三章 MEMS慣性測量單元設(shè)計與實現(xiàn)
    3.1 引言
    3.2 MEMS慣性測量單元應(yīng)用環(huán)境與工程需求分析
        3.2.1 應(yīng)用環(huán)境
        3.2.2 工程需求
    3.3 MEMS慣性測量單元機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元分析
        3.3.1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.3.2 安裝框架有限元分析
    3.4 MEMS慣性測量單元硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)
        3.4.1 硅微陀螺儀測控電路仿真與實現(xiàn)
        3.4.2 硅微加速度計配置電路
        3.4.3 FPGA信號采集及數(shù)據(jù)處理電路
    3.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)
        3.5.1 軟件整體框架
        3.5.2 陀螺儀和加速度計信號采集
        3.5.3 數(shù)據(jù)處理與誤差補償
        3.5.4 RS485串口通信
    3.6 本章小結(jié)
第四章 硅微陀螺儀溫度補償技術(shù)研究
    4.1 引言
    4.2 溫度對硅微陀螺儀的影響機理分析
        4.2.1 溫度對陀螺儀品質(zhì)因數(shù)的影響
        4.2.2 溫度對陀螺儀固有頻率的影響
        4.2.3 溫度對陀螺儀零偏的影響
    4.3 硅微陀螺儀常溫零偏溫度補償仿真與實驗
        4.3.1 常溫零偏溫度補償實現(xiàn)方法
        4.3.2 陀螺零偏相關(guān)性能測試及計算方法
        4.3.3 溫度補償方法離線仿真
        4.3.4 常溫零偏溫度補償實驗驗證與結(jié)果分析
    4.4 硅微陀螺儀全溫零偏溫度補償仿真與實驗
        4.4.1 全溫零偏溫度補償實現(xiàn)方法
        4.4.2 溫度補償方法離線仿真
        4.4.3 全溫零偏溫度補償實驗驗證與結(jié)果分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 MEMS慣性測量單元耦合誤差建模及補償技術(shù)研究
    5.1 引言
    5.2 MEMS慣性測量單元誤差分析
        5.2.1 零偏和標(biāo)度因數(shù)誤差
        5.2.2 交叉軸耦合誤差
        5.2.3 陀螺儀g敏感性誤差和加速度計角速度敏感性誤差
    5.3 MEMS慣性測量單元耦合誤差建模與解耦設(shè)計
        5.3.1 陀螺儀耦合誤差建模
        5.3.2 加速度計耦合誤差建模
        5.3.3 耦合誤差模型解耦計算
    5.4 標(biāo)定實驗與耦合誤差補償模型參數(shù)計算
        5.4.1 耦合參數(shù)測試標(biāo)定
        5.4.2 耦合誤差補償模型參數(shù)計算
    5.5 誤差補償效果驗證與結(jié)果分析
        5.5.1 耦合誤差補償實驗
        5.5.2 陀螺儀g敏感性補償實驗
    5.6 本章小計
第六章 MEMS慣性測量單元性能實驗
    6.1 引言
    6.2 MEMS慣性測量單元樣機及實驗設(shè)備
        6.2.1 MEMS慣性測量單元樣機
        6.2.2 實驗設(shè)備
    6.3 性能測試方法及計算方法
        6.3.1 性能測試方法
        6.3.2 計算方法
    6.4 性能實驗
        6.4.1 標(biāo)度因數(shù)
        6.4.2 常溫零偏
        6.4.3 全溫零偏
        6.4.4 量程及系統(tǒng)功耗
    6.5 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 未來展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文


【參考文獻】：
期刊論文
[1]三軸高g壓阻式微加速度計的設(shè)計[J]. 林杰,林立偉,郭航.  廈門大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2014(04)
[2]硅微振梁式加速度計抗溫漂的微結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計[J]. 王帆,董景新,趙淑明,嚴(yán)斌.  中國慣性技術(shù)學(xué)報. 2014(02)
[3]改善MEMS陀螺誤差溫度穩(wěn)定性的驅(qū)動力補償方法[J]. 劉宇航,陳志勇,張嶸.  清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2013(04)
[4]大溫差應(yīng)用環(huán)境下的MEMS陀螺零偏補償研究[J]. 趙旭,蘇中,馬曉飛,田少欣.  傳感技術(shù)學(xué)報. 2012(08)
[5]溫度對硅納米薄膜楊氏模量的影響[J]. 譚一云,于虹,黃慶安,劉同慶.  電子器件. 2007(03)
[6]自適應(yīng)Kalman濾波在MEMS陀螺儀信號處理中的應(yīng)用[J]. 吉訓(xùn)生,王壽榮,許宜申,盛平.  傳感器與微系統(tǒng). 2006(09)
[7]梯度RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在MEMS陀螺儀隨機漂移建模中的應(yīng)用[J]. 王昊,王俊璞,田蔚風(fēng),金志華.  中國慣性技術(shù)學(xué)報. 2006(04)
[8]小波變換在MEMS陀螺儀去噪聲中的應(yīng)用[J]. 吉訓(xùn)生,王壽榮.  傳感技術(shù)學(xué)報. 2006(01)

碩士論文
[1]MIMU器件參數(shù)辨識及誤差補償技術(shù)研究[D]. 吳紓婕.北京理工大學(xué) 2015
[2]微慣性測量單元標(biāo)定與溫度補償技術(shù)研究[D]. 朱加義.哈爾濱工程大學(xué) 2013
[3]硅微陀螺的溫度特性研究[D]. 滿海鷗.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009
[4]FOG捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)標(biāo)定和誤差補償技術(shù)研究[D]. 羅超.哈爾濱工程大學(xué) 2006



本文編號：3292894