微陀螺測(cè)量系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)測(cè)量零偏穩(wěn)定性的方法
【專(zhuān)利摘要】微陀螺測(cè)量系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)測(cè)量零偏穩(wěn)定性的方法，涉及微陀螺芯片的性能測(cè)試技術(shù)。它為了解決現(xiàn)有技術(shù)中缺少針對(duì)微陀螺芯片性能進(jìn)行大量數(shù)據(jù)測(cè)試與比較的系統(tǒng)，導(dǎo)致對(duì)微陀螺的選擇只能基于數(shù)據(jù)手冊(cè)上的性能指標(biāo)的問(wèn)題。本發(fā)明采用STM32F103C8型芯片作為核心處理器與微陀螺進(jìn)行通信，首先對(duì)微陀螺進(jìn)行配置，然后將微陀螺測(cè)得的角速度等信息通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送至上位機(jī)，再由上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)Allan方差來(lái)計(jì)算得到微陀螺的零偏穩(wěn)定性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠采集大量的微陀螺測(cè)得的數(shù)據(jù)，并通過(guò)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到微陀螺的零偏穩(wěn)定性為微陀螺的選用提供可靠依據(jù)。本發(fā)明適用于微機(jī)械陀螺的應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】微陀螺測(cè)量系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)測(cè)量零偏穩(wěn)定性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微陀螺芯片的性能測(cè)試技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]微陀螺又稱(chēng)角速度計(jì)，是用于測(cè)量物體相對(duì)于慣性空間轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的慣性傳感器。在航空航天、軍事、民用等許多領(lǐng)域有著極為重要的應(yīng)用，是各國(guó)發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)。微陀螺按照制作原理及結(jié)構(gòu)可將其大致分為機(jī)械式微陀螺、光學(xué)微陀螺、微機(jī)械微陀螺三類(lèi)。機(jī)械式陀螺是由機(jī)械加工制造的轉(zhuǎn)動(dòng)式陀螺，它利用高速轉(zhuǎn)動(dòng)的物體角動(dòng)量守恒原理測(cè)量角速度。這種陀螺精度高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，使用壽命有限。光學(xué)微陀螺包括光纖陀螺和激光陀螺，這種陀螺沒(méi)有可動(dòng)部分，具有較長(zhǎng)的使用壽命和較高的性能，但是與機(jī)械式陀螺一樣，都有體積大，價(jià)格昂貴，功耗聞能缺點(diǎn)。
[0003]90年代初期，隨著MEMS (Micro Electro Mechanical System)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，基于MEMS技術(shù)的第三代微機(jī)械陀螺產(chǎn)生了。相比于傳統(tǒng)陀螺，微機(jī)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；以硅為主要材料，機(jī)械電氣性能優(yōu)良；易于批量生產(chǎn)且生產(chǎn)成本低；易于集成化，能在極小的空間內(nèi)把不同功能，不同敏感方向的傳感器或執(zhí)行器集成與一體，形成為傳感器陣列，等優(yōu)點(diǎn)。基于以上優(yōu)點(diǎn)，微陀螺方便應(yīng)用于嵌入電子、信息與智能控制系統(tǒng)中，使得系統(tǒng)體積和成本大幅下降，而且總體性能大幅提升，因此在國(guó)防軍事應(yīng)用中，高精度微機(jī)械陀螺將可用于導(dǎo)彈、航空航天、超音速飛行器等高精度需求的軍用產(chǎn)品中，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]但是，制約微機(jī)械陀螺應(yīng)用的瓶頸是其精度偏低。雖然從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究，一系列各種類(lèi)型各種原理的微陀螺在結(jié)構(gòu)和精度上發(fā)展很大，但是由于MEMS工藝本身加工精度的限制以及設(shè)計(jì)原理本身的局限性，目前技術(shù)還沒(méi)有取得質(zhì)的飛躍。不同級(jí)別的陀螺性能指標(biāo)如表1所示。
[0005]表1不同級(jí)別的陀螺性能指標(biāo)
[0006]

【權(quán)利要求】
1.微陀螺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:它包括一號(hào)主控電路(I)、二號(hào)主控電路(2)、上位機(jī)(3)、無(wú)線發(fā)送模塊(4)和無(wú)線接收模塊(5)；一號(hào)主控電路(I)用于對(duì)微陀螺進(jìn)行配置、更新微陀螺的片內(nèi)FLASH、存儲(chǔ)配置信息，以及從微陀螺讀取角速度數(shù)據(jù)，并將讀取到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線發(fā)送模塊(4)和無(wú)線接收模塊(5)發(fā)送至二號(hào)主控電路(2); 二號(hào)主控電路(2)用于將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)(3)； 上位機(jī)(3)用于驗(yàn)證配置信息是否已寫(xiě)入微陀螺，以及對(duì)接收到的角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到微陀螺的零偏穩(wěn)定性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微陀螺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的一號(hào)主控電路(I)和二號(hào)主控電路(2)均采用STM32F103C8型處理器實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微陀螺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的配置信息包括微陀螺量程選擇、微陀螺的校正字、微陀螺采樣頻率和巴特利特窗FIR數(shù)字濾波器的選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微陀螺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的上位機(jī)(3)采用Matlab對(duì)微陀螺發(fā)來(lái)的角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算上述數(shù)據(jù)的Allan方差，并將Allan方差的計(jì)算結(jié)果為作微陀螺的零偏穩(wěn)定性。
5.采用權(quán)利要求1所述的微陀螺測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量零偏穩(wěn)定性的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟一、一號(hào)主控電路(I)對(duì)微陀螺進(jìn)行配置，然后更新微陀螺的片內(nèi)FLASH，并存儲(chǔ)配置信息； 步驟二、一號(hào)主控電路(I)讀取微陀螺的配置寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)通過(guò)二號(hào)主控電路⑵發(fā)送給上位機(jī)⑶； 步驟三、上位機(jī)(3)根據(jù)步驟二中的數(shù)據(jù)驗(yàn)證配置信息是否已寫(xiě)入微陀螺內(nèi)FLASH; 步驟四、微陀螺對(duì)測(cè)得的角速度信息進(jìn)行校正和數(shù)字濾波，得到校正和數(shù)字濾波后的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)通過(guò)一號(hào)主控電路(I)和二號(hào)主控電路(2)上傳給上位機(jī)(3)； 步驟五、上位機(jī)(3)實(shí)時(shí)顯示微陀螺發(fā)來(lái)的角速度數(shù)據(jù)，并對(duì)該角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到微陀螺的零偏穩(wěn)定性。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK104197957SQ201410421588
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】馬廣富, 杜少鶴, 郭延寧, 張超, 孫延超, 董宏洋, 李傳江 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)