基于光學(xué)干涉相位檢測(cè)的MEMS陀螺信號(hào)讀出技術(shù)研究.pdf

1、MEMS陀螺作為一種新型的慣性傳感器，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于軍民領(lǐng)域中。MEMS陀螺信號(hào)檢測(cè)的手段有電容檢測(cè)、壓電檢測(cè)、壓阻檢測(cè)、隧道效應(yīng)檢測(cè)和光學(xué)檢測(cè)等幾種方法；目前大多采用的是電容檢測(cè)，但是電容檢測(cè)的精度已經(jīng)基本上達(dá)到了理論極限，而高精度的MEMS陀螺在市場(chǎng)中很少見(jiàn)到；由于光學(xué)檢測(cè)的方法，特別是干涉法，具有很高的檢測(cè)精度，將光學(xué)干涉檢測(cè)的方法與MEMS陀螺結(jié)合，能夠使MEMS陀螺實(shí)現(xiàn)高精度、低成本，具有廣闊的市場(chǎng)前景，而且現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外對(duì)這

2、種方法研究很少，對(duì)此進(jìn)行研究具有理論和實(shí)際意義；在教育部“高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金”（課題編號(hào)：20090191110010）資助下，基于發(fā)明專利“雙路光干涉的精密光微機(jī)電陀螺儀”，本文對(duì)基于光學(xué)干涉檢測(cè)的MEMS陀螺信號(hào)讀出技術(shù)做了一些基礎(chǔ)工作，主要研究雙光干涉對(duì)微弱振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)及信號(hào)處理。
　　首先介紹了MEMS陀螺輸出信號(hào)的主要檢測(cè)方法和原理。然后對(duì)光學(xué)干涉的理論做了簡(jiǎn)要介紹，討論了幾種常見(jiàn)的光纖干涉儀的信號(hào)調(diào)制方法

3、，并闡述了干涉信號(hào)的零差解調(diào)和外差解調(diào)兩種解調(diào)方法。提出系統(tǒng)的整體原理，并對(duì)光學(xué)部分進(jìn)行了分析。根據(jù)課題需要，對(duì)所需元器件進(jìn)行了選型；設(shè)計(jì)了半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電路、光電探測(cè)器的偏置電路、放大電路、濾波電路和干涉信號(hào)細(xì)分電路，在Multisim10上對(duì)有關(guān)電路進(jìn)行了仿真，并焊接成電路板，進(jìn)行了調(diào)試，調(diào)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的電路能夠滿足要求。
　　得到兩路干涉信號(hào)后需要對(duì)其進(jìn)行處理。信號(hào)的處理部分包括判向、信號(hào)細(xì)分電路、單片機(jī)、上位機(jī)軟

4、件。細(xì)分電路是由五細(xì)分專用集成芯片JS0204和四倍頻專用集成芯片JS0210級(jí)聯(lián)組成的20細(xì)分電路，兼具判向功能，其輸出脈沖信號(hào)由單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后將計(jì)數(shù)的結(jié)果通過(guò)串口RS232傳送到PC機(jī)上，由用VC編制的上位機(jī)軟件進(jìn)行處理。
　　最后在設(shè)計(jì)的電路上對(duì)信號(hào)處理做了仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行20細(xì)分，通過(guò)光學(xué)檢測(cè)的方法能夠使MEMS陀螺的分辨率在理論上達(dá)到0.01°/s，如果對(duì)信號(hào)進(jìn)行更高數(shù)目的