硅微陀螺仪信号检测电路的设计与仿真

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陀螺仪是导航、制导、稳定、瞄准等系统中必不可少的惯性测量器件。硅微陀螺仪是一种敏感角速度的振动式微机械陀螺仪,具有体积小、功耗低、可靠性高等优点,在惯性测量领域有着广泛的应用前景。该陀螺仪内部振动元件结构和振幅较小,输出信号微弱,所以如何设计性能良好的检测电路已经成为硅微陀螺仪设计中需要解决的关键问题。 本论文依据国内外硅微陀螺仪测控电路研究基础,结合硅微陀螺仪的特点,分析了硅微陀螺仪的工作机理、运动规律、动力学特性。研究了硅微陀螺仪驱动模态、检测模态的动力学方程,建立了陀螺仪等效力学模型,观察了陀螺仪的动态特性,为检测电路与陀螺仪的混合仿真提供方便。分析了硅微陀螺仪稳定工作的条件,探讨了硅微陀螺仪对驱动电路控制要求,比较了开环和闭环控制方式,提出一种以单片机AT89C2051和DDS进行开环驱动的方案。利用DDS频率稳定,相位噪声小的特点,为提高检测电路的精度奠定了基础。探讨了硅微陀螺仪信号检测方法,提供了几种检测方案,介绍了相关检测和相干检测的原理和优点,在此基础上提出了一种新颖的基于相干检测技术的相位检测方案,设计了检测电路并用Matlab软件进行了仿真。根据设计方案制作线路板,结合本实验室自制的Z72号陀螺仪样品,对其静态性能、动态性能及零偏稳定性分别进行了测试,验证了相位检测方案的可行性。
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