多款陀螺儀表頭設(shè)計、平臺測試、系統(tǒng)研究方案及應(yīng)用實例

陀螺儀就是用高速回轉(zhuǎn)體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置。利用其他原理制成的角運動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)計方案及平臺測試的方案，并介紹了幾個陀螺儀的應(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)動而產(chǎn)生的兩路超輻射光束之間的相位差，由此計算出光纖環(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系統(tǒng)的設(shè)計

本文選用TI公司的TMS320VC33作為MEMS陀螺儀信號處理平臺的核心芯片，同時引入DSP／BIOS實時操作系統(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)采集和處理的實時性，大大提高了信號處理平臺的工作效率，在高速實時數(shù)據(jù)采集和處理領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用價值。

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)計的技術(shù)，其中硬件模塊實現(xiàn)信號的調(diào)理、采集和輸出，而軟件實現(xiàn)信號的處理、顯示和產(chǎn)生。利用軟件快速、靈活的運算處理能力，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，通過RS-232總線與計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行通信?？紤]到該系統(tǒng)設(shè)計的模塊較多，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

本文所設(shè)計的模擬表頭系統(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)中處于被動地位，而表頭作為系統(tǒng)的主體。同時，用一個自主設(shè)計的電路系統(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、抗沖擊和振動性好的優(yōu)點。

光纖陀螺儀模擬表頭設(shè)計完整方案

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)動而產(chǎn)生的兩路超輻射光束之間的相位差，由此計算出光纖環(huán)旋轉(zhuǎn)的角速度。本文設(shè)計了一種基于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)用實例

MEMS陀螺儀和加速度計為廣泛應(yīng)用帶來更酷的新功能

MEMS加速度計的核心，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可以用來測量單個平面或兩個/三個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動塊。對處于加速狀態(tài)的多個運動塊和橫梁系統(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

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、性價比更好、體積更小、功耗更低等特點，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)，并有很高的性價比，在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。陀螺儀和加速度計是姿態(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動參數(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簡單易用的基于自由空間移動和手勢的定位和控制系統(tǒng)。在假象的平面上揮動鼠標(biāo)，屏幕上的光標(biāo)就會跟著移動，并可以繞著鏈接畫圈和點擊按鍵。當(dāng)你正在演講或離開桌子時，這些操作都能夠很方便地實現(xiàn)。

雙軸微機(jī)械陀螺儀的移動機(jī)器人運動檢測系統(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誤分析程序，并支持系統(tǒng)自身測試功能。

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