CN109655049B - 一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法 - Google Patents

一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109655049B
CN109655049B CN201811570219.XA CN201811570219A CN109655049B CN 109655049 B CN109655049 B CN 109655049B CN 201811570219 A CN201811570219 A CN 201811570219A CN 109655049 B CN109655049 B CN 109655049B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cup
controller
gyroscope
piezoelectric ceramic
control chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811570219.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109655049A (zh
Inventor
南慧杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi Aerospace Times Navigation Equipment Co ltd
Original Assignee
Shaanxi Aerospace Times Navigation Equipment Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi Aerospace Times Navigation Equipment Co ltd filed Critical Shaanxi Aerospace Times Navigation Equipment Co ltd
Priority to CN201811570219.XA priority Critical patent/CN109655049B/zh
Publication of CN109655049A publication Critical patent/CN109655049A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109655049B publication Critical patent/CN109655049B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法，在杯形陀螺上均布有一组压电陶瓷片，还包括有融合电路，所述的融合电路与各压电陶瓷片相连，在融合电路上连接有低通滤波电路和ARM控制芯片；融合电路用于采集各压电陶瓷片由于振动产生的电压变化信号和ARM控制芯片反馈的183Hz脉宽调制信号；ARM控制芯片反馈至融合电路的183Hz脉宽调制信号采用数字式PID算法，该PID算法公式为：
Figure DDA0003564182680000011
其中u(t)表示控制器的脉宽输出，e(t)表示控制器的输入，Kp表示控制器的比例放大系数，Ti表示控制器的积分时间，Td表示控制器的微分时间。

Description

一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法
技术领域
本发明涉及杯形陀螺的技术领域，特别是涉及陀螺振动幅值提取的技术领域。
背景技术
杯形陀螺是一种典型的哥式振动陀螺，其在谐振频率下以稳定幅值进行振动时，便可在谐振子45°的方位上检测外界输入的角速度信号，对此信号进行解调、滤波、采集后便可获取外界角速度信号。振动幅值的获取对于杯形陀螺的控制、补偿都有着十分重要的作用，现有的幅值获取主要有两种方式，一种是通过激光测振仪直接测量谐振子的振动幅值，这种方法获取的振动幅值真实可靠，但却无法应用于陀螺的伺服控制与补偿；另一种方式是通过示波器测量陀螺振动带动的压电陶瓷输出的波形来获取振动幅值，这种方法依然存在无法参与伺服控制与补偿的问题。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，提供一种提取杯形陀螺振动幅值精度高，且实现产品化的陀螺振动幅值的方法，本发明采用的技术方案是：
一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法，在所述的杯形陀螺上均布有一组压电陶瓷片，融合电路与各所述的压电陶瓷片相连，在所述的融合电路上连接有低通滤波电路和ARM控制芯片；
所述的融合电路用于采集各压电陶瓷片由于振动产生的电压变化信号和ARM控制芯片反馈的183Hz脉宽调制信号；该融合电路将采集的压电陶瓷片产生的电压正弦信号、经过整流后的正半馒头波、-4.096V电压信号和183Hz脉宽调制信号，该融合电路将正弦信号、正半馒头波、-4.096V电压信号和183Hz脉宽调制信号合成后产生波形涵盖4KHz和183Hz频率信号；
将波形涵盖4KHz和183Hz频率信号传输至低通滤波电路，通过低通滤波电路处理滤除4KHz和183Hz的频率信号仅保留幅值信息，以直流电压信号输出；
ARM控制芯片采集由低通滤波电路输出的直流电压信号，该直流电压信号中含有振动幅值信号；
所述ARM控制芯片反馈至融合电路的183Hz脉宽调制信号采用数字式PID算法，该PID算法公式为：
Figure GDA0003569753990000021
其中u(t)表示控制器的脉宽输出，e(t)表示控制器的输入，Kp表示控制器的比例放大系数，Ti表示控制器的积分时间，Td表示控制器的微分时间。
进一步的，所述的ARM控制芯片采用ST公司型号为stm32f103的芯片。
进一步的，所述的杯形陀螺包括陀螺外罩、谐振子、导振环、基座和螺钉，所述的压电陶瓷片为8片或者16片通过导电胶均匀地粘贴在谐振子底座上。
采用上面的方法：针对现有提取杯形陀螺振动幅值精度较低且无法产品化的问题，本方法通过在杯形陀螺谐振子底座处粘接压电陶瓷片将机械振动转换为电信号，接着利用融合电路、低通滤波电路和ARM控制芯片的数字PID算法实现了高精度提取杯形陀螺的振动幅值，通过试验证实提取杯形陀螺振动幅值的精度可达50ppm，并且实现了产品化。
附图说明
图1是本发明杯形陀螺的结构示意图；
图2是本发明模块化电路连接示意图；
图3是多信号融合电路；
图4是低通滤波电路。
具体实施方式
如图1所示的杯形陀螺包括陀螺外罩2、谐振子3、导振环4、基座5和螺钉6，采用本发明提取杯形陀螺的振动幅值时需要在谐振子3底座上均布一组压电陶瓷片1来采集振动信号并将其转化为电压信号，其中压电陶瓷片1通过导电胶粘贴在谐振子3的底座上，且至少设置8片压电陶瓷片1，或者采用16片压电陶瓷片1也可以，压电陶瓷片1的数量以8的倍数来增减，只要有足够的安装空间均可。
整体电路结构如图2所示：压电陶瓷片1电连接到融合电路，融合电路电连接到低通滤波电路，低通滤波电路电连接到ARM控制芯片，ARM控制芯片与融合电路连接。
在各压电陶瓷片1上电连接有融合电路，压电陶瓷片1输出的陀螺振动波形为频率4KHZ左右、幅值为2.5V左右的正弦波，在不同的环境温度条件下陀螺的中心频率与幅值均有不同程度的变化，该融合电路如图3所示，融合电路用于采集各压电陶瓷片1由于振动产生的电压变化信号和ARM控制芯片反馈的183Hz脉宽调制信号；该融合电路将采集的压电陶瓷片1产生的电压正弦信号、经过整流后的正半馒头波、-4.096V电压信号和183Hz脉宽调制信号，该融合电路将正弦信号、正半馒头波、-4.096V电压信号和183Hz脉宽调制信号合成后产生波形涵盖4KHz和183Hz频率信号。
融合电路将波形涵盖4KHz和183Hz频率信号传输至低通滤波电路，如图4所示的低通滤波电路，通过低通滤波电路处理滤除4KHz和183Hz的频率信号仅保留幅值信息，以直流电压信号输出。
ARM控制芯片采集由低通滤波电路输出的直流电压信号，该直流电压信号中含有振动幅值信号；该信号中含有振动幅值信号，若无反馈脉宽调制信号的叠加，该直流电压信号将饱和，因此闭环PID反馈算法对于振动幅值的提取至关重要，因此ARM控制芯片反馈至融合电路的183Hz脉宽调制信号采用数字式PID算法，该PID算法公式为：
Figure GDA0003569753990000041
其中u(t)表示控制器的脉宽输出，e(t)表示控制器的输入，Kp表示控制器的比例放大系数，Ti表示控制器的积分时间，Td表示控制器的微分时间。闭环反馈实现了高精度提取振动幅值信号，精度可达50ppm。其中ARM控制芯片采用ST公司型号为stm32f103的芯片。

Claims (3)

1.一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法，在所述的杯形陀螺上均布有一组压电陶瓷片(1)，其特征在于：融合电路与各所述的压电陶瓷片(1)相连，在所述的融合电路上连接有低通滤波电路和ARM控制芯片；
所述的融合电路用于采集各压电陶瓷片(1)由于振动产生的电压变化信号和ARM控制芯片反馈的183Hz脉宽调制信号；该融合电路将采集的压电陶瓷片(1)产生的电压正弦信号、经过整流后的正半馒头波、-4.096V电压信号和183Hz脉宽调制信号，该融合电路将正弦信号、正半馒头波、-4.096V电压信号和183Hz脉宽调制信号合成后产生波形涵盖4KHz和183Hz频率信号；
将波形涵盖4KHz和183Hz频率信号传输至低通滤波电路，通过低通滤波电路处理滤除4KHz和183Hz的频率信号仅保留幅值信息，以直流电压信号输出；
ARM控制芯片采集由低通滤波电路输出的直流电压信号，该直流电压信号中含有振动幅值信号；
所述ARM控制芯片反馈至融合电路的183Hz脉宽调制信号采用数字式PID算法，该PID算法公式为：
Figure FDA0003569753980000011
Figure FDA0003569753980000012
其中u(t)表示控制器的脉宽输出，e(t)表示控制器的输入，Kp表示控制器的比例放大系数，Ti表示控制器的积分时间，Td表示控制器的微分时间。
2.根据权利要求1所述的一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法，其特征在于：所述的ARM控制芯片采用ST公司型号为stm32f103的芯片。
3.根据权利要求1或2所述的一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法，其特征在于：所述的杯形陀螺包括陀螺外罩(2)、谐振子(3)、导振环(4)、基座(5)和螺钉(6)，所述的压电陶瓷片(1)为8片或者16片通过导电胶均匀地粘贴在谐振子(3)底座上。
CN201811570219.XA 2018-12-21 2018-12-21 一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法 Active CN109655049B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811570219.XA CN109655049B (zh) 2018-12-21 2018-12-21 一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811570219.XA CN109655049B (zh) 2018-12-21 2018-12-21 一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109655049A CN109655049A (zh) 2019-04-19
CN109655049B true CN109655049B (zh) 2022-05-17

Family

ID=66116256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811570219.XA Active CN109655049B (zh) 2018-12-21 2018-12-21 一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109655049B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1180835A (zh) * 1996-06-20 1998-05-06 株式会社东金 利用集能振动模式的压电振动陀螺仪
CN101318561A (zh) * 2008-06-13 2008-12-10 华南理工大学 基于角速率陀螺的模拟太空帆板扭转振动控制装置与方法
CN101553734A (zh) * 2006-03-27 2009-10-07 佐治亚科技研究公司 容性体声波盘状陀螺仪
CN102968540A (zh) * 2012-12-04 2013-03-13 北京信息科技大学 一种压电振动陀螺激励电极的优化设计方法
CN104897144A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 上海交通大学 多驱动电极模态耦合微固体模态陀螺
CN104897146A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 上海交通大学 面外压电式半球形微陀螺仪及其制备方法
CN105932925A (zh) * 2016-06-02 2016-09-07 上海新时达电气股份有限公司 一种基于fpga的电流环控制系统和伺服装置
CN106338912A (zh) * 2016-10-27 2017-01-18 陕西航天时代导航设备有限公司 一种基于arm的舵系统pid控制参数快速整定方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9917571B2 (en) * 2014-06-13 2018-03-13 Georgia Tech Research Corporation Resonant gyroscopes and methods of making and using the same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1180835A (zh) * 1996-06-20 1998-05-06 株式会社东金 利用集能振动模式的压电振动陀螺仪
CN101553734A (zh) * 2006-03-27 2009-10-07 佐治亚科技研究公司 容性体声波盘状陀螺仪
CN101318561A (zh) * 2008-06-13 2008-12-10 华南理工大学 基于角速率陀螺的模拟太空帆板扭转振动控制装置与方法
CN102968540A (zh) * 2012-12-04 2013-03-13 北京信息科技大学 一种压电振动陀螺激励电极的优化设计方法
CN104897144A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 上海交通大学 多驱动电极模态耦合微固体模态陀螺
CN104897146A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 上海交通大学 面外压电式半球形微陀螺仪及其制备方法
CN105932925A (zh) * 2016-06-02 2016-09-07 上海新时达电气股份有限公司 一种基于fpga的电流环控制系统和伺服装置
CN106338912A (zh) * 2016-10-27 2017-01-18 陕西航天时代导航设备有限公司 一种基于arm的舵系统pid控制参数快速整定方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
钟形陀螺微纳振幅曲面电容检测方法研究;季 林;《传感技术学报》;20130630;第26卷(第6期);825-829 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109655049A (zh) 2019-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106124803A (zh) 一种光纤加速度传感器的标定系统
KR20090074788A (ko) 진동 센서를 사용하여 회전율을 측정하는 장치
CN104197923B (zh) 一种基于载波检出的微电容陀螺信号检测方法
CN102538774A (zh) 微固体模态陀螺闭环锁相稳幅驱动电路
CN106199463B (zh) 两用共振型磁力计
CN111220139B (zh) 一种微机电多环陀螺力平衡模式测控电路系统
CN113155664B (zh) 一种高灵敏度的微弱气体检测装置及其检测方法
CN107329004A (zh) 一种基于静电感应原理的非接触式mems自激励静场电探测系统及其探测方法
CN109655049B (zh) 一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法
CN115479595A (zh) 一种半球谐振陀螺分时复用参数辨识系统及方法
CN1866747B (zh) 电阻拾振式硅微机械谐振传感器的数字锁相闭环
Miyazaki et al. A 0.1 DEG/H Module-Level Silicon Mems Rate Integrating Gyroscope Using Virtually Rotated Donut-Mass Structure and Demonstration of the Earth's Rotation Detection
CN103344228A (zh) 摇动质量体声波固体波动微陀螺驱动与检测电路
EP0238746B1 (en) Gas pressure transducer
CN113819898A (zh) 一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法
CN106885948B (zh) 一种激光调高器电容测量装置
GB2338852A (en) Synthesis of a sine wave having continually variable frequency using PWM waveforms
CN218767833U (zh) 一种可变幅值正弦信号源及传感器
CN114046916B (zh) 基于声表面波传感器的自供电压力测量系统及其工作方法
CN202372253U (zh) 便携式数字振动台
CN1962338A (zh) 无绝缘轨道电路补偿电容在线主动测量装置
CN104569495A (zh) 一种高精度陀螺加速度计标定测试系统
GB2338783A (en) Determining the resonant frequency of a resonator
CN110440777B (zh) 音叉敏感结构修调在线测试方法及角速率传感器
CN207456475U (zh) 一种与角位移传感器配合使用的检测系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant