基于光學干涉相位檢測的MEMS陀螺信號讀出技術研究.pdf

1、MEMS陀螺作為一種新型的慣性傳感器，越來越廣泛地應用于軍民領域中。MEMS陀螺信號檢測的手段有電容檢測、壓電檢測、壓阻檢測、隧道效應檢測和光學檢測等幾種方法；目前大多采用的是電容檢測，但是電容檢測的精度已經(jīng)基本上達到了理論極限，而高精度的MEMS陀螺在市場中很少見到；由于光學檢測的方法，特別是干涉法，具有很高的檢測精度，將光學干涉檢測的方法與MEMS陀螺結合，能夠使MEMS陀螺實現(xiàn)高精度、低成本，具有廣闊的市場前景，而且現(xiàn)在國內(nèi)外對這

2、種方法研究很少，對此進行研究具有理論和實際意義；在教育部“高等學校博士學科點專項科研基金”（課題編號：20090191110010）資助下，基于發(fā)明專利“雙路光干涉的精密光微機電陀螺儀”，本文對基于光學干涉檢測的MEMS陀螺信號讀出技術做了一些基礎工作，主要研究雙光干涉對微弱振動信號的檢測及信號處理。
　　首先介紹了MEMS陀螺輸出信號的主要檢測方法和原理。然后對光學干涉的理論做了簡要介紹，討論了幾種常見的光纖干涉儀的信號調(diào)制方法

3、，并闡述了干涉信號的零差解調(diào)和外差解調(diào)兩種解調(diào)方法。提出系統(tǒng)的整體原理，并對光學部分進行了分析。根據(jù)課題需要，對所需元器件進行了選型；設計了半導體激光器的驅動電路、光電探測器的偏置電路、放大電路、濾波電路和干涉信號細分電路，在Multisim10上對有關電路進行了仿真，并焊接成電路板，進行了調(diào)試，調(diào)試結果表明，所設計的電路能夠滿足要求。
　　得到兩路干涉信號后需要對其進行處理。信號的處理部分包括判向、信號細分電路、單片機、上位機軟

4、件。細分電路是由五細分專用集成芯片JS0204和四倍頻專用集成芯片JS0210級聯(lián)組成的20細分電路，兼具判向功能，其輸出脈沖信號由單片機進行檢測并對脈沖信號進行計數(shù)，然后將計數(shù)的結果通過串口RS232傳送到PC機上，由用VC編制的上位機軟件進行處理。
　　最后在設計的電路上對信號處理做了仿真實驗，實驗結果表明，通過對信號進行20細分，通過光學檢測的方法能夠使MEMS陀螺的分辨率在理論上達到0.01°/s，如果對信號進行更高數(shù)目的