硅微谐振加速度计数字锁相驱动与检测技术研究

发布时间：2023-09-03 18:38

　　硅微谐振加速度计是一种新型加速度传感器,与传统机电加速度计相比,具有体积小、成本低、功耗低等优点;与硅微电容式加速度计相比,具有更高精度潜力,因而在军事和民用领域具有重要的应用价值。本文以实验室自主设计的硅微谐振加速度计为研究对象,针对其现有模拟测控电路易受干扰、参数调试灵活性差、频率信号读出需要测频设备等问题,提出硅微谐振加速度计数字锁相驱动与检测方法。本文的研究工作包括:(1)分析硅微谐振加速度计基本原理,推导了梳齿电容驱动模型和谐振器动力模型,阐述了敏感电容检测电路的特性,设计了加速度计数字锁相驱动闭环系统的整体架构。(2)分析硅微谐振加速度计锁相环相位控制原理,详细讨论锁相环性能的影响因素,根据加速度计信号特点设计了数字锁相环。利用Matlab/simulink工具对数字锁相环和闭环系统进行了仿真,验证设计的正确性。(3)提出一种同步积分器用于加速度计检测信号的鉴相和检幅。分析了积分器阶数提高有利于提升抑噪性能,并且降低对采样速率的要求。设计增量式数字PI控制器以状态机的形式实现,对数控振荡器的输出信噪情况进行了研究。完成硅微谐振加速度计FPGA数字器件选型和硬件设计,完成加速...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 硅微谐振加速度计国内外研究现状
        1.2.1 硅微谐振加速度计微机械结构
        1.2.2 硅微谐振加速度计测控电路
    1.3 研究背景和意义
    1.4 课题来源及研究内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 研究内容
第二章 硅微谐振加速度计工作原理
    2.1 硅微谐振加速度计结构及原理
    2.2 加速度计驱动和检测原理
        2.2.1 梳齿电容原理
        2.2.2 加速度计谐振器驱动原理
    2.3 电容检测原理及接口电路设计
    2.4 硅微谐振加速度计数字测控系统架构
    2.5 本章小结
第三章 硅微谐振加速度计数字锁相环路研究
    3.1 加速度计锁相控制的基本原理
        3.1.1 鉴相器
        3.1.2 环路滤波器
        3.1.3 压控振荡器
        3.1.4 锁相环传递函数
    3.2 加速度计锁相环设计和仿真
        3.2.1 环路的基本性能和稳定性分析
        3.2.2 环路参数设计和仿真
    3.3 硅微谐振加速度计幅度控制
    3.4 硅微谐振加速度计闭环控制系统仿真
    3.5 本章小结
第四章 硅微谐振加速度计数字锁相硬件设计
    4.1 同步积分器设计
        4.1.1 同步积分器基本原理
        4.1.2 同步积分器输入信号频率变化
        4.1.3 同步积分器的多级连接
    4.2 数字PI控制器设计
    4.3 数控振荡器实现
    4.4 器件选型
        4.4.1 FPGA
        4.4.2 模数转换器(ADC)
        4.4.3 数模转换器(DAC)
        4.4.4 串行通信接口电路
        4.4.5 电源系统设计
    4.5 系统硬件电路
    4.6 本章小结
第五章 硅微谐振加速度计温度补偿设计与实现
    5.1 常用的温度补偿方法
    5.2 硅微谐振加速度计建模补偿设计
    5.3 建模补偿的实现
    5.4 本章小结
第六章 实验测试与分析
    6.1 实验测试设备
    6.2 同步积分器稳定性测试
    6.3 数控振荡器稳定性测试
    6.4 数字频率读出验证测试
    6.5 温度补偿验证测试
    6.6 加速度计性能测试
        6.6.1 标度因数
        6.6.2 零偏及速度随机游走
    6.7 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文工作总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文



本文编号：3845574