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文檔簡介
1、硅微振梁加速度計精度高、體積小、直接輸出頻率量,在民用和軍事領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。本文面向硅微振梁加速度計及由其構(gòu)成的MIMU的應(yīng)用需求,研究多路快速頻率測量技術(shù),并針對加速度計的溫度誤差研究補(bǔ)償方法,以實現(xiàn)MIMU對加速度參數(shù)的實時準(zhǔn)確檢測。全文主要內(nèi)容如下:
1.基于課題組自主研制的硅微振梁加速度計結(jié)構(gòu),闡述了硅微振梁加速度計的動力學(xué)模型與工作原理,比較了基于計數(shù)法的幾種高精度頻率測量方法,分析了測頻誤
2、差來源。結(jié)合振梁加速度計實際應(yīng)用需求,選取多周期同步法和八路移相時鐘計數(shù)法實現(xiàn)本課題多路頻率量測量。
2.針對硅微振梁加速度計差分結(jié)構(gòu)特點,基于Verilog HDL進(jìn)行了多周期同步計數(shù)法和八路移相時鐘計數(shù)法的測頻算法設(shè)計,實現(xiàn)了雙路同步測頻和實時求差計算。針對系統(tǒng)級算法對數(shù)據(jù)更新速率的要求,在測頻算法中設(shè)置了多種采樣速率,實現(xiàn)對頻率量的快速檢測。對測頻算法的原理分析表明,八路移相時鐘計數(shù)法的最大測量誤差較多周期同步法減小八倍
3、,達(dá)到0.075mHz,但后者資源占用較少,實時性更好。
3.基于FPGA設(shè)計了適用于MIMU三個軸向加速度檢測的六路頻率測量系統(tǒng),完成了軟硬件調(diào)試。實測對比了多周期同步法和八路移相時鐘計數(shù)法的測頻精度,實驗結(jié)果表明八路移相時鐘計數(shù)法明顯優(yōu)于多周期同步法,且平均測量誤差達(dá)到了0.03mHz,滿足了加速度計對頻率測量的要求??焖俨蓸訙y試表明該方案在100Hz采樣率下工作正常,測量誤差符合預(yù)期。采用所研制的六路測頻電路對三加速度計
4、進(jìn)行同步測試試驗,驗證了軟硬件的正確性和有效性。
4.根據(jù)硅微振梁加速度計的工作原理和材料特性,分析了溫度對其諧振頻率的影響,據(jù)此研究了一種利用加速度計諧振頻率建模進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?,并基于Verilog HDL完成了溫度補(bǔ)償算法設(shè)計。在常溫下和全溫范圍內(nèi)對加速度計零偏進(jìn)行在線溫度補(bǔ)償試驗,結(jié)果均表明該方法能夠有效提高加速度檢測的偏值穩(wěn)定性,具有良好的工程應(yīng)用前景。
本文研究的硅微振梁加速度計多路快速頻率檢測電路和在
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