多款陀螺儀表頭設(shè)計(jì)、平臺(tái)測試、系統(tǒng)研究方案及應(yīng)用實(shí)例

 陀螺儀就是用高速回轉(zhuǎn)體的動(dòng)量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個(gè)或二個(gè)軸的角運(yùn)動(dòng)檢測裝置。利用其他原理制成的角運(yùn)動(dòng)檢測裝置起同樣功能的也稱陀螺儀。根據(jù)需要，陀螺儀器能提供準(zhǔn)確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號，以便駕駛員或用自動(dòng)導(dǎo)航儀來控制飛機(jī)、艦船或航天飛機(jī)等航行體按一定的航線飛行，而在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運(yùn)載器或空間探測火箭等航行體的制導(dǎo)中，則直接利用這些信號完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制。

本文為你介紹了幾種陀螺儀表頭的設(shè)計(jì)方案及平臺(tái)測試的方案，并介紹了幾個(gè)陀螺儀的應(yīng)用案例。

基于FPGA的光纖陀螺儀模擬表頭及其測試系統(tǒng)

光纖陀螺是激光陀螺的一種，是慣性技術(shù)和光電子技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它利用Sagnac干涉效應(yīng)，用光纖構(gòu)成環(huán)形光路，并檢測出隨光纖環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的兩路超輻射光束之間的相位差，由此計(jì)算出光纖環(huán)旋轉(zhuǎn)的角速度。表頭的主要功能是將Sagnac效應(yīng)產(chǎn)生的光程差所引起的相位變化通過回路耦合器轉(zhuǎn)換為光功率的變化，再通過探測器探測后以電信號的形式輸出至調(diào)制解調(diào)電路中。

基于DSP的MEMS陀螺儀信號處理平臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文選用TI公司的TMS320VC33作為MEMS陀螺儀信號處理平臺(tái)的核心芯片，同時(shí)引入DSP/BIOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供的多任務(wù)處理機(jī)制，在對陀螺儀信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的間隙同時(shí)對先采集來的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸，確保數(shù)據(jù)采集和處理的實(shí)時(shí)性，大大提高了信號處理平臺(tái)的工作效率，在高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

基于虛擬儀器的機(jī)載陀螺儀測試系統(tǒng)研究

虛擬儀器技術(shù)是軟件代替部分硬件設(shè)計(jì)的技術(shù)，其中硬件模塊實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)理、采集和輸出，而軟件實(shí)現(xiàn)信號的處理、顯示和產(chǎn)生。利用軟件快速、靈活的運(yùn)算處理能力，簡化硬件模塊功能，減少硬件模塊體積，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本文所用的系統(tǒng)硬件主要是以C8051F005單片機(jī)為核心，結(jié)合相應(yīng)的外圍電路實(shí)現(xiàn)A/D、D/A轉(zhuǎn)換以及開關(guān)量的控制，采用模塊化設(shè)計(jì)，通過RS-232總線與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。考慮到該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊較多，且為了后續(xù)擴(kuò)展，選用標(biāo)準(zhǔn)的3U工業(yè)機(jī)箱。

基于FPGA的數(shù)字閉環(huán)光纖陀螺儀模擬表頭設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的模擬表頭系統(tǒng)遵循了一般數(shù)字閉環(huán)光纖陀螺系統(tǒng)的基本原理，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了變化。調(diào)制解調(diào)電路在本系統(tǒng)中處于被動(dòng)地位，而表頭作為系統(tǒng)的主體。同時(shí)，用一個(gè)自主設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)代替了光纖陀螺儀的表頭部分。

ADXRS角速度檢測陀螺儀的原理及應(yīng)用

ADXRS系列陀螺儀是由美國模擬器件公司制造，采用集成微電子機(jī)械系統(tǒng)(iMEMS)專利工藝和BIMOS工藝的角速度傳感器，內(nèi)部同時(shí)集成有角速率傳感器和信號處理電路。與任何同類功能的陀螺儀相比，ADXRS系列陀螺儀具有尺寸小、功耗低、抗沖擊和振動(dòng)性好的優(yōu)點(diǎn)。

光纖陀螺儀模擬表頭設(shè)計(jì)完整方案

光纖陀螺是激光陀螺的一種，是慣性技術(shù)和光電子技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它利用Sagnac干涉效應(yīng)，用光纖構(gòu)成環(huán)形光路，并檢測出隨光纖環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的兩路超輻射光束之間的相位差，由此計(jì)算出光纖環(huán)旋轉(zhuǎn)的角速度。本文設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的測試系統(tǒng)，模擬光纖陀螺儀的表頭，并檢測調(diào)制解調(diào)電路的性能。

應(yīng)用實(shí)例

MEMS陀螺儀和加速度計(jì)為廣泛應(yīng)用帶來更酷的新功能

MEMS加速度計(jì)的核心，一部分位于電子電路中，一部分在于機(jī)械結(jié)構(gòu)中。經(jīng)過制造和封裝的加速度計(jì)可以用來測量單個(gè)平面或兩個(gè)/三個(gè)正交平面中的加速度。從概念上講，加速度傳感部分通常包含位于懸梁一端的"運(yùn)動(dòng)塊"。對處于加速狀態(tài)的多個(gè)運(yùn)動(dòng)塊和橫梁系統(tǒng)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)測量，一般是通過傳感位于一組固定橫梁和一組偏轉(zhuǎn)橫梁之間的電容變化完成的，有點(diǎn)類似于宏觀的可變電容。由于許多容性傳感器具有相對位移非線性的電容特性，因此要用傳感器中的電子將信號轉(zhuǎn)換為線性輸出。除了電容外，也可以使用壓電型傳感元件。

基于MEMS陀螺儀的汽車駕駛操作信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近年來，微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)微機(jī)械慣性器件日漸成熟，慣性測量系統(tǒng)得到了迅猛發(fā)展。慣性測量系統(tǒng)將微電子、精密機(jī)械、傳感器技術(shù)相互融合，具有集成度更高、性價(jià)比更好、體積更小、功耗更低等特點(diǎn)，且由于微機(jī)械結(jié)構(gòu)制作精確、重復(fù)性好、易于集成化、適于大批量生產(chǎn)，并有很高的性價(jià)比，在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。陀螺儀和加速度計(jì)是姿態(tài)測量系統(tǒng)的重要組成單元，本文選擇了ADIS16355傳感器，該傳感器集成了三軸加速度傳感器和三軸陀螺儀傳感器，具有體積小、功能強(qiáng)、功耗低等特性，完全滿足汽車駕駛運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集要求。

陀螺儀傳感器為何能使鼠標(biāo)變得如此自由?

本文介紹了利用陀螺儀傳感器制作了一個(gè)簡單易用的基于自由空間移動(dòng)和手勢的定位和控制系統(tǒng)。在假象的平面上揮動(dòng)鼠標(biāo)，屏幕上的光標(biāo)就會(huì)跟著移動(dòng)，并可以繞著鏈接畫圈和點(diǎn)擊按鍵。當(dāng)你正在演講或離開桌子時(shí)，這些操作都能夠很方便地實(shí)現(xiàn)。

雙軸微機(jī)械陀螺儀的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)檢測系統(tǒng)

雙軸微機(jī)械陀螺儀傳感器可以測量機(jī)器人的俯仰與翻轉(zhuǎn)，但微機(jī)械陀螺儀有隨機(jī)漂移性，無法直接應(yīng)用，需要對輸出值作算法處理。參考文獻(xiàn)中的微機(jī)械陀螺儀隨機(jī)漂移的算法，可以在一定程度上解決漂移方面的問題，但仍有改進(jìn)的空間，濾波性能有待進(jìn)一步優(yōu)化提高。在現(xiàn)有自適應(yīng)UKF算法的基礎(chǔ)上，改變比例對稱采樣策略的相關(guān)參數(shù)可達(dá)到較好的濾波效果。現(xiàn)有的以ATmegal6為微處理器的CAN總線程序還有一些不完備之處，本文采用PeliCAN模式加入了完備的錯(cuò)誤分析程序，并支持系統(tǒng)自身測試功能。