微陀螺測量系統及採用該系統測量零偏穩定性的方法
2023-10-17 15:51:29 2
微陀螺測量系統及採用該系統測量零偏穩定性的方法
【專利摘要】微陀螺測量系統及採用該系統測量零偏穩定性的方法，涉及微陀螺晶片的性能測試技術。它為了解決現有技術中缺少針對微陀螺晶片性能進行大量數據測試與比較的系統，導致對微陀螺的選擇只能基於數據手冊上的性能指標的問題。本發明採用STM32F103C8型晶片作為核心處理器與微陀螺進行通信，首先對微陀螺進行配置，然後將微陀螺測得的角速度等信息通過無線方式發送至上位機，再由上位機對數據進行處理，通過Allan方差來計算得到微陀螺的零偏穩定性。本發明結構簡單，能夠採集大量的微陀螺測得的數據，並通過軟體對數據進行處理，得到微陀螺的零偏穩定性為微陀螺的選用提供可靠依據。本發明適用於微機械陀螺的應用。
【專利說明】微陀螺測量系統及採用該系統測量零偏穩定性的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微陀螺晶片的性能測試技術。
【背景技術】
[0002]微陀螺又稱角速度計，是用於測量物體相對於慣性空間轉動的角速度的慣性傳感器。在航空航天、軍事、民用等許多領域有著極為重要的應用，是各國發展的重點技術。微陀螺按照製作原理及結構可將其大致分為機械式微陀螺、光學微陀螺、微機械微陀螺三類。機械式陀螺是由機械加工製造的轉動式陀螺，它利用高速轉動的物體角動量守恆原理測量角速度。這種陀螺精度高，但其結構複雜，成本高，使用壽命有限。光學微陀螺包括光纖陀螺和雷射陀螺，這種陀螺沒有可動部分，具有較長的使用壽命和較高的性能，但是與機械式陀螺一樣，都有體積大，價格昂貴，功耗聞能缺點。
[0003]90年代初期，隨著MEMS (Micro Electro Mechanical System)技術的產生與發展，基於MEMS技術的第三代微機械陀螺產生了。相比於傳統陀螺，微機械陀螺具有體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、帶寬大；以矽為主要材料，機械電氣性能優良；易於批量生產且生產成本低；易於集成化，能在極小的空間內把不同功能，不同敏感方向的傳感器或執行器集成與一體，形成為傳感器陣列，等優點。基於以上優點，微陀螺方便應用於嵌入電子、信息與智能控制系統中，使得系統體積和成本大幅下降，而且總體性能大幅提升，因此在國防軍事應用中，高精度微機械陀螺將可用於飛彈、航空航天、超音速飛行器等高精度需求的軍用產品中，具有廣泛的應用前景。
[0004]但是，制約微機械陀螺應用的瓶頸是其精度偏低。雖然從20世紀80年代開始，經過數十年的研究，一系列各種類型各種原理的微陀螺在結構和精度上發展很大，但是由於MEMS工藝本身加工精度的限制以及設計原理本身的局限性，目前技術還沒有取得質的飛躍。不同級別的陀螺性能指標如表1所示。
[0005]表1不同級別的陀螺性能指標
[0006]
【權利要求】
1.微陀螺測量系統，其特徵在於:它包括一號主控電路(I)、二號主控電路(2)、上位機(3)、無線發送模塊(4)和無線接收模塊(5)；一號主控電路(I)用於對微陀螺進行配置、更新微陀螺的片內FLASH、存儲配置信息，以及從微陀螺讀取角速度數據，並將讀取到的數據通過無線發送模塊(4)和無線接收模塊(5)發送至二號主控電路(2); 二號主控電路(2)用於將接收到的數據發送給上位機(3)； 上位機(3)用於驗證配置信息是否已寫入微陀螺，以及對接收到的角速度數據進行計算，得到微陀螺的零偏穩定性。
2.根據權利要求1所述的微陀螺測量系統，其特徵在於:所述的一號主控電路(I)和二號主控電路(2)均採用STM32F103C8型處理器實現。
3.根據權利要求1或2所述的微陀螺測量系統，其特徵在於:所述的配置信息包括微陀螺量程選擇、微陀螺的校正字、微陀螺採樣頻率和巴特利特窗FIR數字濾波器的選擇。
4.根據權利要求1所述的微陀螺測量系統，其特徵在於:所述的上位機(3)採用Matlab對微陀螺發來的角速度數據進行計算，計算上述數據的Allan方差，並將Allan方差的計算結果為作微陀螺的零偏穩定性。
5.採用權利要求1所述的微陀螺測量系統測量零偏穩定性的方法，其特徵在於:該方法包括以下步驟: 步驟一、一號主控電路(I)對微陀螺進行配置，然後更新微陀螺的片內FLASH，並存儲配置信息； 步驟二、一號主控電路(I)讀取微陀螺的配置寄存器內的數據，並將該數據通過二號主控電路⑵發送給上位機⑶； 步驟三、上位機(3)根據步驟二中的數據驗證配置信息是否已寫入微陀螺內FLASH; 步驟四、微陀螺對測得的角速度信息進行校正和數字濾波，得到校正和數字濾波後的數據，並將該數據通過一號主控電路(I)和二號主控電路(2)上傳給上位機(3)； 步驟五、上位機(3)實時顯示微陀螺發來的角速度數據，並對該角速度數據進行計算，得到微陀螺的零偏穩定性。
【文檔編號】G01C25/00GK104197957SQ201410421588
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月25日 優先權日:2014年8月25日
【發明者】馬廣富, 杜少鶴, 郭延寧, 張超, 孫延超, 董宏洋, 李傳江 申請人:哈爾濱工業大學