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硅微陀螺频率调制驱动与温度补偿技术研究

庞钧  
【摘要】: 硅微机械陀螺是在微机电系统技术的基础上发展起来的一种新型陀螺,具有体积小、重量轻、功耗低、抗过载能力强、能适用于较为恶劣的环境条件的优点,可广泛应用于汽车牵引系统、行驶稳定系统、摄像机稳定系统、飞行器稳定系统等领域,具有广阔的应用前景。 硅微机械振动陀螺的精度受电耦合信号及温度的影响较大,目前国内外许多研究机构正致力于这两个方面内容的研究,以期提高硅微机械陀螺仪性能。本论文围绕电耦合信号及温度误差展开研究,主要研究工作包括: 首先,研究了硅微型机械振动陀螺仪的结构与工作机理,并进行了静电驱动机理、检测机理以及系统运动分析研究。在此基础上,研究了陀螺仪的固有频率对驱动运动、检测运动和机械灵敏度的影响,为电耦合误差和温度误差的研究奠定了理论基础。 其次,研究了硅微型机械振动陀螺仪的电耦合误差及其影响,设计了基于驱动频率调制技术的消除电耦合信号方案,针对方案中的具体信号处理电路原理和特点进行了分析;并进行了实验验证。 第三,研究了温度对硅微型机械振动陀螺仪固有频率和阻尼的影响,在此基础上分析了温度对陀螺仪驱动运动、敏感运动、机械灵敏度、稳定时间、带宽以及品质因数的影响。结合目前研制的硅微机械陀螺仪结构参数进行了仿真,并进行了实验验证。同时也分析了机械热噪声对陀螺敏感输出的影响。 最后,提出了一种基于温度传感器的温度补偿方案,并进行了该方案的实施。实验结果表明,温度补偿电路能够补偿温度误差,提高陀螺精度,由于补偿电路的精度有限,同时陀螺本身存在一定的漂移,使得补偿电路还存在误差,其补偿误差等效为温度误差约1K。


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