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微机械陀螺仪锁定检测技术的研究

作　者: 周阳
导　师: 刘胜；甘志银
学　校: 华中科技大学
专　业: 精微制造工程
关键词: 微弱信号锁定放大单片机同步积分器 ∑-ΔAD转换
分类号: TH703
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

微机械陀螺是一种测量角速度或角位移的惯性传感器,具有体积小,可靠性高,价格便宜的优点,在汽车,电子和惯性导航领域有广泛的应用。由于陀螺仪等传感器输出的是微弱的小信号,需采用微弱信号检测技术来进行检测,而且检测电路的性能直接影响着传感器的精度。因此设计高灵敏度及抗干扰能力强的检测电路对传感器的信号检测尤其重要。本文首先分析了噪声的来源和特性,知道可以根据信号的周期性和相关性以及噪声的随机性的特点来处理信号、抑制噪声、提高信噪比。介绍了放大器常用的噪声分析模型以及放大电路抗干扰的常用方法。其次探索了几种可以提高抗噪性能的检测方法:互相关检测,同步积分器,锁定放大器,∑-ΔAD转换。并通过理论计算推导了它们的工作原理。然后利用同步积分器具有匹配滤波的特性,设计了由互相关检测和同步积分器相结合的锁定放大器以提高系统的抗噪性能。利用单片机MSC1210进行数字控制,使整个检测系统灵活性更好,以适应于不同的传感器检测。自带的24位∑-ΔA/D转换器有很好的低频信号的抗噪能力,检测结果输出分辨率也更高。最后在前面设计的基础上,选用低噪声元件并制作了锁定检测系统的四层板,对整个系统进行相关指标的性能测试,实验结果与理论计算基本一致。测试结果表明本文设计的锁定检测系统具有很好的抗噪性能,满刻度灵敏度可以达到100nV,达到中等性能的锁定放大器设备的指标。本文的研究结果对设计多种传感器的小型专用锁定检测电路的设计也具有较好的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 引言  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-14
  1.3 研究内容和论文安排  14-15
2 微弱信号检测中的噪声  15-24
  2.1 噪声的来源  15-18
  2.2 噪声相关的概念  18-21
  2.3 放大器噪声的电压和电流模型  21-22
  2.4 放大电路的抗干扰方法  22-23
  2.5 本章小结  23-24
3 微弱信号检测技术的理论分析  24-37
  3.1 相关检测技术  24-26
  3.2 同步积分器  26-31
  3.3 锁定放大器  31-34
  3.4 高精度∑-ΔADC  34-36
  3.5 本章小结  36-37
4 锁定放大器系统设计  37-51
  4.1 锁定放大器系统方案设计  37-38
  4.2 单片机系统设计  38-41
  4.3 前置放大和带通滤波  41-45
  4.4 移相电路的设计  45-46
  4.5 同步积分器的设计  46-47
  4.6 开关式乘法器电路设计  47-49
  4.7 低通滤波器的设计  49-50
  4.8 本章小结  50-51
5 硬件平台实现与系统调试  51-64
  5.1 绘制原理图和制作PCB 板  51-53
  5.2 单片机系统调试  53-56
  5.3 锁定放大器单元电路调试  56-61
  5.4 锁定放大器整体性能测试  61-63
  5.5 本章小结  63-64
6 总结与展望  64-66
  6.1 全文总结  64-65
  6.2 对后续工作的展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-69

微机械陀螺仪锁定检测技术的研究

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