基于石英加速度传感器的加速度测量系统关键技术研究

摘要

加速度是描述物体速度变化快慢的物理量，是测量控制领域的重要参数，而加速度传感器也是惯性导航技术中的核心器件之一。高精度的加速度测量在工业技术和国防科研建设上有着十分重要的应用价值。随着各领域技术的发展，人们对于加速度测量的实用性、便利性、精度等要求越来越高，加速度传感器也向着微型化、高精度等方面不断发展，并出现了多种应用于不同环境下的加速度传感器。而本课题中使用的是石英挠性加速度传感器，旨在对加速度进行高精度测量。
　　本课题根据石英加速度传感器内部的差动电容结构，设计了一种利用谐振电路幅频特性测量加速度的高精度、高稳定度的测量方法。该测量方法基于输入信号在不同谐振频率时幅度不同的测量原理，利用其输出一个与差动电容差值线性相关的直流电压，并对其进行放大、校正等处理后将模拟直流量反馈给加速度传感器的加矩电路以使传感器回归平衡位置。同时再利用A/D转换对其输出信号采样，以获得加速度的相关数据。采集的数据通过FPGA读取以及USB控制芯片传输，以数据流的形式上传给上位机。最后使用标准加速度计对完成后的加速度测量系统进行了标定，并进行灵敏度、重复性和稳定性测试。
　　本课题完成了加速度测量系统和数据采集系统的硬件部分设计以及程序编写，并通过仿真在理论上验证了设计方案的可行性，综合分析了影响系统的误差和噪声等各个因素，提出了相应的改进措施。通过对实验数据的分析，标定了本加速度测量系统的具体性能指标。本系统具有结构简单、高精度及高稳定性的特点，得到了良好的加速度测量灵敏度指标，基本符合设计要求。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 加速度计的研究发展状况

1.3 再平衡回路的发展现状

1.4 课题主要的研究内容

第2章 加速度测量相关理论

2.1 石英挠性加速度计基本工作原理

2.2 差动电容传感器的原理

2.3 几种常见电容检测电路

2.4 电容检测电路的比较和方案选取

2.5 本章小结

第3章 加速度测量系统电路设计

3.1 加速度测量系统总体方案设计

3.2 电容检测电路设计

3.3 再平衡回路设计

3.4 本章小结

第4章 石英加速度传感器数据采集系统设计

4.1 数据采集系统总体方案设计

4.2 数据采集系统的硬件设计

4.3 数据采集系统的软件设计

4.4 本章小结

第5章 加速度测量系统整体测试与分析

5.1 石英加速度系统测量系统概况

5.2 石英加速度系统的标定

5.3 石英加速度系统指标测试

5.4 误差分析

5.5 系统噪声种类及抑制方法

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢