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硅微机械陀螺仪是一种采用微机械加工技术制造,用来测量物体转动角速度的微型惯性传感器。与传统的机电类陀螺和光电类陀螺相比,硅微机械陀螺仪具有体积小、成本低、重量轻、可靠性高等优点,在军民两用领域有着重要的使用价值和广阔的应用前景。完整意义上的硅微机械陀螺仪包括角速度敏感结构和测控电路两部分。目前,硅微机械陀螺仪的角速度敏感结构部分已经达到了较高的性能指标。从某种意义上说,硅微机械陀螺仪性能的提高主要受其测控电路水平的制约。因此,研制高性能的硅微机械陀螺仪测控电路已成为提高硅微机械陀螺仪性能所必须解决的关键问题之一。
论文以本课题组自行研制的线振动硅微机械陀螺仪为研究对象,对硅微陀螺测控电路设计中的若干关键技术进行了较为深入的分析和研究。论文的主要工作概括为以下几个方面:
(1)概述了目前国内外硅微机械陀螺仪及其测控电路技术的研究现状,介绍了硅微机械陀螺仪的应用和市场展望。
(2)在介绍硅微机械陀螺仪结构和基本原理的基础上,分析其动因,建立其动力学模型,阐释其电容检测机理。
(3)对硅微机械陀螺仪测控电路设计中的若干关键技术进行了较为深入的研究,并对关键技术中涉及的相关电路模块进行了优化设计和仿真,这主要包括C/V变换技术、载波技术、自动增益控制技术、角速度信号的提取、相移电路和滤波电路等。
(4)根据硅微机械陀螺仪测控电路相关模块的优化设计方案,制作印刷电路板,并对电路板进行调试。参照国产微机械陀螺仪测试细则,对DZ18#硅微机械陀螺仪的主要性能指标进行了综合测试。测试结果表明该陀螺仪标度因数非线性度、标度因数不对称度、标度因数重复性、阈值、分辨率、零偏和零偏稳定性都达到了较好的性能。