高精度石英音叉陀螺模块化电路技术研究

摘要

石英音叉陀螺是振动型角速率传感器，是以石英晶体为基体材料制作的，是基于MEMS技术的微机械加工技术与振动惯性技术相结合的产物，其特点是：重量轻、体积小、抗冲击能力强、长寿命、低功耗、快响应、高可靠性、环境适用性强、适合大批量生产。因此，石英音叉陀螺非常适应在未来的信息化战场中，武器系统向智能化、小型化和数字化方向发展的趋势。微型惯性器件作为目前可预见的第四代惯性传感器，在精确制导炸弹、导弹和微型飞行器等军用领域已经得到广泛应用。事实上，近年来北约和美军在各次战争中，使用了大量精确制导炸弹和导弹，实现了对目标的准确打击。在这些灵巧武器中，均使用了微型惯性系统。低成本、小型化、可批量化生产的角速率传感器是微型惯性系统的基本单元，因此石英音叉陀螺的军事应用前景非常广阔。同时石英音叉陀螺由于其自身的特点而具有鲜明的军民两用性，可以通过进一步降低成本，在工业领域如汽车工业、船舶通信稳定平台等领域获得广泛应用。
　　本论文主要针对陀螺处理电路开展研究。高精度、高性能的陀螺处理电路是提高石英音叉陀螺技术水平、提高其可靠性和环境适用能力的保证。首先阐述石英音叉陀螺工作原理以及电路组成，从陀螺敏感芯片的结构特性，陀螺信号处理的电路特性进行详细分析。其次对高精度陀螺电路进行研究，包括分析影响陀螺精度的因素，分析元器件特性对陀螺精度的影响，分析低噪声高增益检测电路设计等方面。然后从石英音叉陀螺的误差源，误差补偿基本理论，几种温度补偿方式的实验数据分析等方面开展误差补偿技术研究。接下来从音叉驱动模块电路，相敏解调模块电路，低通滤波和信号放大模块电路，温度补偿模块电路等几个方面阐述陀螺的模块化电路设计。最后对参数标定技术进行研究，包括石英陀螺的基本参数标定，零位温度误差参数的标定，零位温度误差自动标定的实验以及数据分析。
　　通过本论文的研究，实现了陀螺电路的模块化，为最终实现陀螺生产的批产化打下坚实基础。

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第一章 绪论

1.1 石英音叉陀螺概述

1.2 本论文选题和研究内容

1.3本论文的结构安排

第二章 石英音叉陀螺工作的基本原理和特性分析

2.1 石英音叉陀螺工作原理

2.2 敏感芯片的结构特性

2.3 陀螺信号处理电路特性分析

第三章 高精度石英音叉陀螺电路研究

3.1 影响陀螺精度的因素分析

3.2元器件特性对陀螺精度的影响

3. 3 高增益低噪声检测电路的设计

3.4 本章小结

第四章 石英音叉陀螺误差补偿技术分析.

4.1 石英音叉陀螺的误差

4.2 误差补偿基本理论

4. 3 几种温度补偿方式的实验及数据分析

4.4本章小结

第五章 石英音叉陀螺模块化电路设计

5.1音叉驱动模块电路

5.2信号检测模块电路

5.3 相敏解调模块电路

5.4陀螺低通滤波和信号放大模块电路

5.5陀螺模块化电路设计结果的验证分析

5.5本章小结

第六章 石英音叉陀螺参数标定技术研究

6.1石英音叉陀螺的基本参数标定

6.2 零位温度误差参数的标定

6.3 零位温度误差自动标定的实验及数据分析

6.4本章小结

第七章 结论

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献