硅微机械陀螺信号测试与处理.pdf

北京机械工业学院

硕士学位论文

硅微机械陀螺信号测试与处理

姓名：张金科

申请学位级别：硕士

专业：微电子学与固体电子学

指导教师：田杨萌;张福学

20071201
摘要硅微机械陀螺属利用哥氏力敏感角速度的振动陀螺，主要用于制导装备、微型飞行器等的精确定位与姿态控制系统。它是在硅芯片上采用集成电路制造中的氧化、光刻、腐蚀等微电子加工技术制造而成，适合大规模生产，并有成本低、体积小、重量轻、功耗小、启动快等优点，引起了很多人的关注。本文所讨论的陀螺是一种无驱动硅微机械陀螺，是利用旋转体自身旋转代替驱动【¨，因而结构简单、成本低，可广泛应用在旋转载体的姿态测量中。由于陀螺本身无驱动结构的特点，它的输出信号和一般的常规陀螺信号比较有较大的差异，有必要去研究这种信号的特征和姿态信息提取的方法。针对该陀螺输出信号的特殊性，论文首先阐述了这种无驱动硅微机械陀螺的结构和信号检测原理，接着建立了数字信号测试系统，然后使用UATLAB工具将测试得到的数字信号进行分析，提出了信号解调的两种方法：最小均方误差和过零点相位比较。对两种方法比较之后，最终选择了算法简洁、快速的过零点相位检测方法。这硬件方面，经过选型，搭建了以TI的KSCl214单片机为核心的陀螺信号处理系统，完成了模拟到数字的转换。软件方面，在KEIL的环境下，使用C和汇编语言混合编程的方法编译了硅微机械陀螺信号处理V1．0版。论文的最后是对整个工作做了总结，对工作中的不足之处做了说明。另外，对以后的工作的方向进行了说明，希望能够不断完善无驱动硅微陀螺的信号测试和解关键词：陀螺；信号测试；信号处理；解调种方法所需信号处理器的要求低，在成本方面和开发难度方面占有优势。调系统。
Thedemodulation)algorithm，andsystemsystem．processing；demodulationcost．Thegyroscope．TheseABSTRACTgyroscope，sensedweapon．TheposesignalandbetweenWords：gyroscope；signaltesting；signalguidedgyroscopeintegratedoxygenation，photoengraving,erosionsiliconadvantages：lowspecialobjectprevalentmanyconstructionshowedestablishedrecordLMSD(1eastanothercomparison．Afterselected，becauseconciseprocesscompletedconversion．Incompiledpapermadeworksneedvelocitythebeusedweapon，minutemicromachinedmicro—electronicswithmanufacturingmethodsformore，itmorecompactness，lightweigh,smallconsumptionthatpeoples’attention．cardermeasuresimplecharacteristicsfromotheraretoinformationfoundWasmakeMATLABofdemodulationadVised，onemeanCrOSSOVerhasbetterprocessor．hardware，aMSCl214software,theprogrammerlast，asummarytheresometask．TheKeyABSTRA(玎belongsvibrationangularCoriolisforce．Itinpinpointattitudecontrolvehiclenewstylebrainbytechnologycircuitchip，itfitlargescaleproduction．Furtherfastresponse．etcgotdiscussedwithoutdrive，whichdroverotatingitself．Therefore，ititssuperiorityfabriclowoutputnon-drivedifferentworthstudyusefulit．Firstly,adiscussionaboutdetectionwerepaper．Secondly,adigitaltestingrecord．Analyzingtool，twotechniquehavebeenissquarepointphasecomparingtwoways，thelaterfeatureInupTIA／Dv1．0underKEILC．A