动力调谐陀螺仪角度传感器的设计

论文摘要

角度传感器是陀螺仪中的重要部件,其功能是将陀螺转子的角位移转换成可以测量的电信号。近些年来传感器技术发展迅速,但限于动力调谐陀螺仪的结构特点,变气隙式电感传感器作为陀螺仪的信号传感器仍然是一种理想的选择,其具有结构简单可靠、输出阻抗小、输出功率大、对工作环境要求不高,稳定性好,分辨率高等优点,目前在动力调谐陀螺仪中得到了普遍应用。本文首先对电感传感器的不同种类进行了对比,根据陀螺仪的结构特性阐述了陀螺仪用电感传感器的选用原则,着重对变气隙式电感传感器进行了分析,对陀螺仪用传感器的结构、测量电路以及误差分别进行了分析。本课题根据设计指标,经过反复计算,给出了详细的结构设计和电磁设计方案,对传感器的信号测量电路进行了设计,并应用Ansys有限元分析软件对传感器的磁场进行了仿真,得到了传感器的空间磁通密度分布图,直观的观察了气隙及其边缘处的磁通密度分布情况。根据设计方案,结合生产工艺,依托外协工厂加工,完成了零部件的加工与装配,对传感器的零位进行了调整,并对传感器进行了标定。最终,完成陀螺仪整体的装配,应用数据采集卡,单轴精密转台,对陀螺仪进行了随机漂移测试,测试结果表明设计合理,达到了陀螺仪总体设计指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文背景及研究意义
• 1.2 动力调谐陀螺仪基本原理
• 1.3 陀螺仪角度信号传感器概述
• 1.4 本课题的研究方向
• 第二章 电感式传感器综述
• 2.1 电感式传感器的分类
• 2.2 变气隙式电感传感器的工作原理
• 2.2.1 单个电感传感器的工作原理
• 2.2.2 差动式电感传感器的工作原理
• 2.3 变截面型电感传感器的工作原理
• 2.4 螺管型电感传感器的工作原理
• 2.5 动调陀螺仪用变气隙电感传感器的原理分析
• 2.5.1 动力调谐陀螺仪用电感传感器的基本结构
• 2.5.2 变气隙式差动电感传感器的测量电路
• 2.5.3 动调陀螺仪用电感传感器的误差分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 电感传感器的设计
• 3.1 设计的目的及要求
• 3.2 主要技术指标
• 3.3 电感传感器的结构设计
• 3.3.1 结构形式的确定
• 3.3.2 导磁体尺寸的确定
• 3.3.3 铁心间隙的确定
• 3.3.4 铁芯和衔铁材料的选择
• 3.4 传感器线圈的设计
• 3.4.1 传感器线圈骨架材料的确定
• 3.4.2 传感器线圈匝数的确定
• 3.4.3 传感器磁路的分析
• 3.4.4 传感器电源参数的选取
• 3.4.5 传感器参数的验证
• 3.5 传感器测量电路的设计
• 3.5.1 传感器测量电路的测量原理
• 3.5.2 传感器交流电桥的设计
• 3.6 传感器电磁场的有限元分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 电感传感器的加工与试验
• 4.1 金属导磁材料的加工与热处理
• 4.2 线圈的固定与接线
• 4.3 电感传感器的零位调整
• 4.4 电感传感器的标定
• 4.5 本章小结
• 第五章 动力调谐陀螺仪的测试
• 5.1 漂移的定义
• 5.2 漂移测试方法
• 5.2.1 力矩反馈法漂移测试原理
• 5.2.2 伺服法漂移测试原理
• 5.3 陀螺仪随机漂移的测试过程
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢