基于FPGA的壓電微固體模態(tài)陀螺數(shù)字化檢測技術研究.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，以壓電材料的逆壓電效應作為驅(qū)動機理，正壓電效應和科氏效應作為檢測機理的全固態(tài)角速度傳感器。該種陀螺抗沖擊、抗震動能力強，不需要真空封裝，應用前景廣泛。
　　驅(qū)動和檢測是陀螺工作的兩個重要方面?；趬弘娢⒐腆w模態(tài)陀螺的基本原理，本文對陀螺的閉環(huán)驅(qū)動電路做出優(yōu)化改進，主要是帶通濾波器及單端轉(zhuǎn)差分放大電路。對整個驅(qū)動電路PCB板亦做了重新設計，目的是保障陀螺工作在幅值

2、恒定、頻率穩(wěn)定的條件下。
　　針對壓電微固體模態(tài)陀螺的信號采集與算法要求，首先通過Matlab構(gòu)建陀螺共振條件下輸出信號的模型，并驗證了檢測算法的正確性，將得到的結(jié)果用于FPGA程序設計。本文研究中設計了一套基于FPGA的兼具高精度、高采樣頻率的陀螺數(shù)字檢測系統(tǒng)。介紹了該系統(tǒng)的原理與實現(xiàn)方法，主要包括硬件電路的設計、AD采樣時序的控制、FPGA數(shù)字信號處理、RS-232通信協(xié)議的實現(xiàn)等。用Modelsim軟件仿真了整個檢測系統(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)試驗驗證，制作的樣機可以同時采集三路輸出信號，并實時處理傳給上位機顯示與存儲。測得陀螺的共振頻率穩(wěn)定在349.89kHz，上下波動范圍8Hz，參考端輸出電壓峰峰值的均方差為0.004V。檢測系統(tǒng)穩(wěn)定，具有較高精度。研究的數(shù)字化檢測系統(tǒng)能很好地應用于MEMS微陀螺檢測信號的處理，提高MEMS微陀螺