本文關(guān)鍵詞：石英音叉微機械陀螺的微弱信號數(shù)字檢測技術(shù)的仿真與系統(tǒng)誤差研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 石英音叉微機械陀螺是一種新型的微機械振動角速度傳感器,由于其具有成本低、尺寸小、可靠性高、壽命長,又能在惡劣環(huán)境中工作的獨特優(yōu)點,逐漸在軍事運用和商業(yè)應(yīng)用方面顯示了廣闊的前景,以微陀螺為核心部件的微慣性測量組合(MIMU)的發(fā)展也日益蓬勃。但是陀螺的精度卻越來越適應(yīng)不了更高要求的應(yīng)用場合。針對石英音叉微陀螺的微弱信號檢測技術(shù),本文通過仿真表明:利用數(shù)字相關(guān)解調(diào)方法提取陀螺信號可以很好地提高檢測精度。本文主要在壓縮信號帶寬提高信噪比和分析誤差源以減小系統(tǒng)誤差兩個方面展開分析研究,主要內(nèi)容如下: 1.闡述陀螺的工作機理,說明壓電效應(yīng)的物理機制,根據(jù)電極優(yōu)化配置的電場強度分布分析微觀晶元的所受應(yīng)力,說明了石英音叉各種振動模式的動力來源 2.仿真分析微弱信號數(shù)字檢測技術(shù)在提高信號檢測精度方面的優(yōu)越之處,驗證其利用壓縮帶寬提高信噪比的方法在陀螺信號解調(diào)上的可行性;對不同數(shù)字濾波器進行性能比較優(yōu)化選擇 3.詳細分析了溫度變化對諧振頻率、機械品質(zhì)因素等的影響,得到諧振頻率隨溫度變化趨勢曲線,指出補償溫度變化對穩(wěn)定信號輸出的重要性 4.利用聲卡設(shè)計實用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),將聲卡實際采集的數(shù)據(jù)結(jié)合仿真程序進行數(shù)字相關(guān)解調(diào)分析,零位偏值過大,線性度也不夠理想,因此要合理選取前置放大系數(shù),信號中的非線性誤差也需要進一步消除 5.分析了導(dǎo)致陀螺系統(tǒng)產(chǎn)生零位偏值、零位漂移、相位偏移以及隨機噪聲的原因,具體分析了幾種主要因素(如質(zhì)心偏離、不正交等)產(chǎn)生的機械耦合對系統(tǒng)的影響 本文的仿真分析充分表明數(shù)字相關(guān)解調(diào)可以有效提高微弱信號檢測精度,將之應(yīng)用于石英音叉陀螺的信號檢測是切實可行的;系統(tǒng)誤差源的分析也為今后改進加工工藝,進行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)和提供了方向指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：壓電效應(yīng) 微弱信號 數(shù)字檢測 機械耦合 零位漂移 相位偏移 隨機誤差
【學位授予單位】：國防科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2005
【分類號】：TH703
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-20
• 1.1 課題概述10-13
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題研究背景10-12
• 1.1.3 課題提出及其意義12-13
• 1.2 石英音叉微機械陀螺簡介13-18
• 1.2.1 石英音叉微機械陀螺的基本原理13-14
• 1.2.2 石英音叉微機械陀螺的特點14-15
• 1.2.3 發(fā)展及其國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 本文主要研究工作及內(nèi)容安排18-20
• 第二章 音叉式石英微機械陀螺的工作機理20-36
• 2.1 工作原理與哥氏效應(yīng)20-21
• 2.1.1 哥氏效應(yīng)與哥氏力20-21
• 2.1.2 懸梁耦合21
• 2.2 石英晶體相關(guān)的物理性質(zhì)21-25
• 2.2.1 石英晶體的壓電效應(yīng)21-23
• 2.2.2 石英晶體的頻溫特性23-25
• 2.3 石英振子的等效電路25-27
• 2.4 陀螺的電極配置和彎曲振動方程27-35
• 2.4.1 陀螺的激勵和檢測電極配置27
• 2.4.2 石英梁的受力分析27-32
• 2.4.3 石英音叉彎曲振動方程32-35
• 本章小結(jié)35-36
• 第三章 陀螺信號數(shù)字解調(diào)的分析36-48
• 3.1 微弱信號檢測原理與方法36-41
• 3.1.1 鎖定放大器36-39
• 3.1.2 取樣積分器39-40
• 3.1.3 滑動平均濾波器40-41
• 3.2 檢測石英音叉微陀螺信號的原理與方法分析41-43
• 3.3 相關(guān)解調(diào)的特性分析43-47
• 3.3.1 最大似然估計的有效無偏估計43-45
• 3.3.2 最小可測信號45
• 3.3.3 動態(tài)儲備45-46
• 3.3.4 等效噪聲帶寬46
• 3.3.5 信噪比的改善46-47
• 本章小結(jié)47-48
• 第四章 數(shù)字解調(diào)原理的仿真分析及對實測數(shù)據(jù)處理48-62
• 4.1 數(shù)字濾波器的設(shè)計48-50
• 4.1.1 IIR和FIR數(shù)字濾波器48-49
• 4.1.2 消除混疊的預(yù)濾波49
• 4.1.3 低通濾波器49-50
• 4.1.4 濾波器設(shè)計的一般原則50
• 4.2 理想信號的仿真分析50-57
• 4.2.1 微弱信號檢測原理的仿真50-56
• 4.2.2 陀螺的幅度調(diào)制信號56-57
• 4.2.3 解調(diào)陀螺信號57
• 4.3 對聲卡采集數(shù)據(jù)的分析處理57-61
• 4.3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理57-58
• 4.3.2 數(shù)據(jù)的采集與相關(guān)解調(diào)58-59
• 4.3.3 陀螺輸出信號分析59-61
• 本章小結(jié)61-62
• 第五章 石英音叉陀螺信號的系統(tǒng)誤差62-78
• 5.1 陀螺信號的零位偏值62-66
• 5.1.1 加工偏差引起的機械耦合62-65
• 5.1.2 諧振頻率間隔導(dǎo)致的機械耦合65-66
• 5.2 陀螺信號的零位漂移66-71
• 5.2.1 驅(qū)動電路和檢測電路的穩(wěn)定性67
• 5.2.2 驅(qū)動振動和感測振動諧振頻率的變化67-71
• 5.3 陀螺信號的相位偏移71-73
• 5.3.1 系統(tǒng)相位延遲71-72
• 5.3.2 諧振頻率和品質(zhì)因素的影響72-73
• 5.4 陀螺信號的隨機誤差分析73-76
• 5.4.1 機械部分的誤差73-75
• 5.4.2 電路部分的誤差75-76
• 本章小結(jié)76-78
• 第六章 結(jié)束語78-80
• 6.1 全文研究總結(jié)78-79
• 6.2 未來工作展望79-80
• 致謝80-81
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文81-82
• 參考文獻82-85

【引證文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 周曉玲;沈愷煜;吳校生;王天洋;陳文元;張衛(wèi)平;崔峰;劉武;;基于DSP高速外擴FLASH的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J];電子器件;2012年01期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張爾東;音叉式石英微陀螺CMOS集成檢測電路設(shè)計[D];哈爾濱理工大學;2010年

2 孫明;電容式陀螺儀接口電路的測試與分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

3 黃浩;石英陀螺閉環(huán)自激驅(qū)動ASIC芯片設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

4 羅浩菱;基于光學干涉相位檢測的MEMS陀螺信號讀出技術(shù)研究[D];重慶大學;2011年

5 徐宏磊;微石英音叉陀螺正弦自激驅(qū)動電路設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

6 周曉玲;微固體模態(tài)陀螺的數(shù)據(jù)采集存儲及處理系統(tǒng)的研究[D];上海交通大學;2012年

7 郭理彬;石英音叉陀螺信號數(shù)字解調(diào)技術(shù)研究[D];國防科學技術(shù)大學;2006年

8 王仁寶;基于DSP的紅外吸收型瓦斯檢測系統(tǒng)的研究[D];安徽理工大學;2008年

9 王浩旭;石英微陀螺結(jié)構(gòu)優(yōu)化與制造工藝研究[D];國防科學技術(shù)大學;2009年

10 杜康;砷化鎵基介觀壓阻型微機械陀螺儀的設(shè)計與測試[D];中北大學;2010年

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本文編號：410422