硅微振梁加速度計(jì)多路快速測(cè)頻與在線溫度補(bǔ)償技術(shù)研究.pdf

1、硅微振梁加速度計(jì)精度高、體積小、直接輸出頻率量，在民用和軍事領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。本文面向硅微振梁加速度計(jì)及由其構(gòu)成的MIMU的應(yīng)用需求，研究多路快速頻率測(cè)量技術(shù)，并針對(duì)加速度計(jì)的溫度誤差研究補(bǔ)償方法，以實(shí)現(xiàn)MIMU對(duì)加速度參數(shù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)。全文主要內(nèi)容如下:
　　1.基于課題組自主研制的硅微振梁加速度計(jì)結(jié)構(gòu)，闡述了硅微振梁加速度計(jì)的動(dòng)力學(xué)模型與工作原理，比較了基于計(jì)數(shù)法的幾種高精度頻率測(cè)量方法，分析了測(cè)頻誤

2、差來源。結(jié)合振梁加速度計(jì)實(shí)際應(yīng)用需求，選取多周期同步法和八路移相時(shí)鐘計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)本課題多路頻率量測(cè)量。
　　2.針對(duì)硅微振梁加速度計(jì)差分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基于Verilog HDL進(jìn)行了多周期同步計(jì)數(shù)法和八路移相時(shí)鐘計(jì)數(shù)法的測(cè)頻算法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了雙路同步測(cè)頻和實(shí)時(shí)求差計(jì)算。針對(duì)系統(tǒng)級(jí)算法對(duì)數(shù)據(jù)更新速率的要求，在測(cè)頻算法中設(shè)置了多種采樣速率，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率量的快速檢測(cè)。對(duì)測(cè)頻算法的原理分析表明，八路移相時(shí)鐘計(jì)數(shù)法的最大測(cè)量誤差較多周期同步法減小八倍

3、，達(dá)到0.075mHz，但后者資源占用較少，實(shí)時(shí)性更好。
　　3.基于FPGA設(shè)計(jì)了適用于MIMU三個(gè)軸向加速度檢測(cè)的六路頻率測(cè)量系統(tǒng)，完成了軟硬件調(diào)試。實(shí)測(cè)對(duì)比了多周期同步法和八路移相時(shí)鐘計(jì)數(shù)法的測(cè)頻精度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明八路移相時(shí)鐘計(jì)數(shù)法明顯優(yōu)于多周期同步法，且平均測(cè)量誤差達(dá)到了0.03mHz，滿足了加速度計(jì)對(duì)頻率測(cè)量的要求。快速采樣測(cè)試表明該方案在100Hz采樣率下工作正常，測(cè)量誤差符合預(yù)期。采用所研制的六路測(cè)頻電路對(duì)三加速度計(jì)

4、進(jìn)行同步測(cè)試試驗(yàn)，驗(yàn)證了軟硬件的正確性和有效性。
　　4.根據(jù)硅微振梁加速度計(jì)的工作原理和材料特性，分析了溫度對(duì)其諧振頻率的影響，據(jù)此研究了一種利用加速度計(jì)諧振頻率建模進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，并基于Verilog HDL完成了溫度補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)。在常溫下和全溫范圍內(nèi)對(duì)加速度計(jì)零偏進(jìn)行在線溫度補(bǔ)償試驗(yàn)，結(jié)果均表明該方法能夠有效提高加速度檢測(cè)的偏值穩(wěn)定性，具有良好的工程應(yīng)用前景。
　　本文研究的硅微振梁加速度計(jì)多路快速頻率檢測(cè)電路和在