压电型微固体模态陀螺的微弱信号检测与降噪技术研究

论文摘要

本课题研究主要针对压电型的微固体模态陀螺的高阶振动模态仿真研究成果,制作用于微弱信号检测的电路,并针对信号产生过程中的噪声进行降噪技术研究。该陀螺通过ANSYS建立模型分析并验证了测量角速度的原理,利用PZT压电陶瓷制作了实验样品。在当前的研究背景下,本文通过对陀螺检测方式的论证,对噪声的产生原因进行分析,通过电路仿真进行验证,尝试解决了该类型陀螺的微弱信号检测和可行的降噪方法。根据陀螺特点,分析了进行检测的陀螺信号特点和检测电路的工作原理,总结了电路检测理论,对特定电路的实现方式进行了介绍。提出了针对压电型微固体模态陀螺的低噪声电路方案,分析了电路中存在的噪声类型,结合实际应用对噪声的处理进行了理论研究,设定了低噪声放大器在检测过程中的应用方式。同时也介绍了该类型陀螺的实验电路制作过程,提出了电路需要应对的电路板层数选择方案和布局中的噪声因素,分析了如何利用布局优化提升电路性能,论证了优化电路前后的性能区别,并介绍了已经投入实际应用的电路布局方式。记录了研究中的实验过程,分为对各电路功能模块的验证实验和对陀螺工作运行状态的实验,证明了系统实验结果达到设计目的。通过本文的研究工作,确定了压电型微固体模态陀螺的研究方法。本文的研究内容对于今后的同类型陀螺的研究设计工作具有参考作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.1.1 压电型微固体模态陀螺的工作原理
• 1.1.2 功能与主要优点
• 1.1.3 理论模型与仿真结果
• 1.1.4 制作可行性论证
• 1.2 本文的研究内容
• 1.2.1 信号检测的理论与方法
• 1.2.2 低噪声电路设计方法
• 1.2.3 电路板设计与优化方案
• 1.2.4 实验结果与评估
• 1.3 本文的研究意义
• 1.3.1 实现检测功能并提高精度
• 1.3.2 电路优化方法
• 1.4 本文的章节安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 微弱信号检测
• 2.1 检测电路概述
• 2.2 滤波与放大
• 2.2.1 基于运放的滤波电路
• 2.2.2 电荷放大器
• 2.3 微弱信号检测
• 2.4 差分电路
• 2.5 频率与相位差检测
• 2.5.1 频率测定办法
• 2.5.2 多路信号相位分析
• 2.6 幅度检测与A/D 转换
• 2.7 本章小结
• 第三章 降噪技术研究
• 3.1 陀螺检测电路中的噪声
• 3.2 噪声的基本性质
• 3.2.1 噪声的种类
• 3.2.2 噪声网络和噪声系数
• 3.2.3 器件噪声
• 3.3 低噪声放大器
• 3.4 噪声控制方法
• 3.4.1 屏蔽和接地
• 3.4.2 电路平衡和去藕
• 3.5 噪声的测量
• 3.6 本章小结
• 第四章 实验电路板设计
• 4.1 电路板的功能与布局
• 4.1.1 电源模块
• 4.1.2 前端驱动信号模块
• 4.1.3 陀螺信号采集模块
• 4.1.4 后端处理模块
• 4.2 电路噪声控制
• 4.2.1 辐射噪声的产生
• 4.2.2 器件的布局优化
• 4.2.3 旁路电容作用
• 4.2.4 布线电感的降低
• 4.3 本章小结
• 第五章 实验数据分析与结果
• 5.1 基于电路功能的实验
• 5.1.1 电路测试
• 5.1.2 噪声测试
• 5.2 整体系统实验
• 5.2.1 实验参数
• 5.2.2 性能测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 附件