微石英音叉陀螺角速度信号提取方法的研究.pdf

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1、第23卷第2期北京理工大学学报Vol.23No.22003年4月TranSactionSofBeijingInStituteofTechnologyApr.2003文章编号,1001-0645(2003)02-0241-04微石英音叉陀螺角速度信号提取方法的研究王莹1~孙雨南2~秦秉坤2~崔芳2(1.大连海事大学信息工程学院~辽宁~大连116026;2.北京理工大学信息科学技术学院光电工程系~北京100081)摘要,研究微石英音叉陀螺的工作原理和微弱角速度信号的提取方法.从石英音叉陀螺敏感振动的近似动力学方程出发~推导了由哥氏惯性力引起的稳态和暂态振动信号

2、以及陀螺检测输入角速度的灵敏度~并分析了材料各向异性与加工误差引起的正交误差信号特点~在此基础上分析了包含角速度信息的稳态信号与暂态信号~正交误差信号的差异~指出利用相关检测技术可在强背景噪声条件下提取出角速度信号~并通过数字仿真验证了角速度提取方案的可行性.关键词,石英陀螺;哥氏力;信号处理;相关检测中图分类号,V241.45文献标识码,AExtractionofAngularRatesignalforMicroouartzTuningForkgyroscopes1222WANGYing~SUNYu-nan~OINBing-kun~CUIFang(1.D

3、epartmentofInformationEngineering~DalianMaritimeUniverSity~Dalian~Liaoning116026~China;2.DepartmentofOpticalEngineering~SchoolofInformationScienceandTechnology~BeijingInStituteofTechnology~Beijing100081~China)Abstract,TheprincipleofmicroguartztuningforkgyroScopeandthedetectingmeth

4、odforWeakangualrrateSignalSareStudied.BaSedontheapproximatedynamicaleguationofSenSingvibration~theSteadyandtranSientvibrationSignalScauSedbyCorioliSforceSareStudied~andtheguadratureerrorSignalcauSedbytheaniSotropyofguartzandthefabricationtoleranceiSanalyzed.DifferenceSamongtheStea

5、dySignalWhichcontainStheangularrateinformation~thetranSientSignalandguadratureerrorSignalareanalyzed~andthemethodofcorrelationdetectioncanbeuSedtoextractetheinputangularrateSignal.ThepracticabilityofthemethodiSverifiedbydigitalSimulationattheend.Keywords,guartzgyroScope;CorioliSfo

6、rceS;SignalproceSSing;correlationdetection微机械角速度传感器(陀螺)是采用微机械加工的新型振动角速度传感器需求的增加极大地促进了技术制造出来的微型角速度传感器~是集微型精密这类传感器的开发和研究1].微石英音叉陀螺机械~微电子学~半导体集成工艺等新技术于一身的(ORS)是微机械陀螺的一种~欧美发达国家自20世世界前沿性新技术~它的出现将使惯性技术产生一纪80年代中期开始ORS的研究工作~目前已有产次新的飞跃~同时市场对体积小~价格低~性能可靠品问世~我国尚处于起步阶段.收稿日期,20020614基金项目,总装备部基

7、金资助项目(0219.1.6.BO0118)作者简介,王莹(1968-)~男~副教授~E-mail,Wyang@dlmu.edu.cn.242北京理工大学学报第23卷微型石英音叉输出的信号十分微弱2I下9叉指敏感振动的简化集中参数动力学模型为9会被淹没在检测电路的噪声中9而且石英晶体的各向异性US2E(t)+E(t)+USE(t)=2EI0UdUy(t)coS(Udt)9和音叉的加工误差造成的机械耦合还会引起零位漂@S移9因而微石英陀螺的信号检测属于强噪声中的微(4)弱信号检测问题作者将研究微石英音叉陀螺输出式中US=~k/m为敏感模态的谐振频率;@S=信

8、号的成分和从中提取输入角速度的方法~mk/69为敏感模态的品质因数