基于FPGA的壓電微固體模態(tài)陀螺數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、壓電微固體模態(tài)陀螺儀是一種利用壓電質(zhì)量塊的某高階共振模態(tài)作為參考振動(dòng)，以壓電材料的逆壓電效應(yīng)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)理，正壓電效應(yīng)和科氏效應(yīng)作為檢測(cè)機(jī)理的全固態(tài)角速度傳感器。該種陀螺抗沖擊、抗震動(dòng)能力強(qiáng)，不需要真空封裝，應(yīng)用前景廣泛。
　　驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)是陀螺工作的兩個(gè)重要方面?；趬弘娢⒐腆w模態(tài)陀螺的基本原理，本文對(duì)陀螺的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路做出優(yōu)化改進(jìn)，主要是帶通濾波器及單端轉(zhuǎn)差分放大電路。對(duì)整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路PCB板亦做了重新設(shè)計(jì)，目的是保障陀螺工作在幅值

2、恒定、頻率穩(wěn)定的條件下。
　　針對(duì)壓電微固體模態(tài)陀螺的信號(hào)采集與算法要求，首先通過Matlab構(gòu)建陀螺共振條件下輸出信號(hào)的模型，并驗(yàn)證了檢測(cè)算法的正確性，將得到的結(jié)果用于FPGA程序設(shè)計(jì)。本文研究中設(shè)計(jì)了一套基于FPGA的兼具高精度、高采樣頻率的陀螺數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)。介紹了該系統(tǒng)的原理與實(shí)現(xiàn)方法，主要包括硬件電路的設(shè)計(jì)、AD采樣時(shí)序的控制、FPGA數(shù)字信號(hào)處理、RS-232通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)等。用Modelsim軟件仿真了整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)。F

3、PGA主控芯片選擇Xilinx公司Spartan-6系列的XC6SLX25，ADC選擇ADI公司的AD7960芯片（18bit，5MSPS）。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，制作的樣機(jī)可以同時(shí)采集三路輸出信號(hào)，并實(shí)時(shí)處理傳給上位機(jī)顯示與存儲(chǔ)。測(cè)得陀螺的共振頻率穩(wěn)定在349.89kHz，上下波動(dòng)范圍8Hz，參考端輸出電壓峰峰值的均方差為0.004V。檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定，具有較高精度。研究的數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)能很好地應(yīng)用于MEMS微陀螺檢測(cè)信號(hào)的處理，提高M(jìn)EMS微陀螺