压电陀螺的导纳圆测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种压电陀螺的导纳圆测量方法及装置，包括：正弦波发生器，峰值及相位检测模块和计算机的数据处理模块；所述方法是通过测量装置给压电陀螺施加正弦波使其产生振动，当正弦波的频率与压电陀螺的某一模态的固有频率相等时，其导纳的实部取极大值，虚部接近于零；随着频率的改变，该模态在压电陀螺导纳的实部和虚部构成的坐标系上形成导纳圆。本发明专利技术为压电陀螺的等效电路提供了许多重要参数，提高了压电陀螺在驱动或检测电路中的可分析性，对压电陀螺的研究具有重要的价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压电晶体的导纳圆测量方法及装置，具体地，涉及一种压电陀螺的导纳圆测量方法及装置。
技术介绍
陀螺仪作为一种载体角速度敏感惯性传感器，是惯性测量单元(IMU)中的核心器件，在航空、航天、船舶等传统工业领域的姿态控制和导航定位等方面有着非常重要的作用。微陀螺具有尺寸质量小、功耗低、成本低、环境适应性好、集成度高等优点，使其不仅在航空、航天、船舶等传统工业领域部分替代了传统陀螺仪，而且能够在汽车工业、工业自动化控制、消费电子的姿态稳定控制等市场领域以惊人的速度拓展。等效电路指的是同一个电路的不同的表示方法。当电路中某一部分用其等效电路代替之后，未被代替的部分电压和电流均不发生变化，也就是说电压和电流不变的部分只是等效部分以外的电路，故称“对外等效”。元件的种类和位置都相同，但是在画电路时有不同的画线方法，就是等效电路。在许多情况下，人们常利用作用的效果相同，来认识和处理复杂的问题。现代电子技术中，在分析一些复杂电路时，人们常常只关注整个电路(或电路的某一部分)的输入、输出关系，即电流和电压的变化关系。这样就可以用一个等效电路代替复杂电路，使问题得到简化。压电器件等效电路的参数测量方法有传输法、阻抗计法等。传输法是把压电元件插入一个传输线路中，测量整个网络的最大和最小传输频率，从而得到要测量的频率等参数。传输法具有测量方法简单、精确度比较高等优点，在压电材料和压电器件的研制和生产过程中，得到了非常广泛的应用。阻抗计法是最方便的测量方法之一，当测量某一特定频率附近的石英晶体时了预先适当地调整振荡回路电子元件的参数就可以比较精确地测量石英晶体的谐振频率等参数，但测量的精度相对较低。压电圆盘微陀螺是一种基于科氏加速度效应的微机械振动陀螺，陀螺采用圆盘状的谐振结构，利用压电方式驱动和检测，工作在模态匹配的状态下。该陀螺的特别之处在于该陀螺的工作模态是厚度剪切方向上的振动，且驱动模态和检测模态为振型一样、相位正交的驻波振动。该圆盘表面有多个电极，其中有监测电极，驱动电极，检测电极和平衡电极。为了提高压电陀螺在驱动或检测电路中的可分析性，提出一种压电陀螺的导纳圆测量方法及装置是十分有必要的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种压电陀螺的导纳圆测量方法及装置，提高压电圆盘微陀螺在驱动或检测等电路中的可分析性。为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案如下：根据本专利技术的第一方面，提供一种压电陀螺的导纳圆测量装置，包括：正弦波发生器，峰值及相位检测模块和计算机的数据处理模块；其中：正弦波发生器，用于产生正弦波，该正弦波经过功率驱动电路加在压电陀螺的驱动电极上，并使压电陀螺产生振动；峰值及相位检测模块，该模块输入端获取压电陀螺两端的振动信号，两个信号经过放大、相乘和滤波处理，得到压电陀螺两端的电压峰值及相乘后的电压峰值，并输出给计算机的数据处理模块；计算机的数据处理模块，该模块输入端获取压电陀螺两端的电压峰值及根据相乘后的电压峰值间接计算出的相位，通过模数转换器将模拟信号转换为数字量，并传给计算机，通过计算机的实时处理，最终得到压电陀螺的导纳的实部和虚部，绘成曲线和导纳圆，并且控制正弦波发生器产生不同频率的正弦波。进一步的，所述峰值及相位检测模块包括：放大器、乘法器、滤波器，其中：压电陀螺两端的信号分别通过第一放大器进行放大，然后连接峰值检测电路测量它们的峰值，同时第一、第二放大器连接乘法器，将两个放大后的信号相乘得到一个新的信号，乘法器后面连接滤波器，滤波器在连接第三放大器，对新的信号进行滤波、放大，得到相位检测电压。进一步的，所述数据处理模块包括AD转换模块、单片机、串口通信模块以及计算机，其中：AD转换模块与单片机连接，将峰值及相位检测模块得到的电压信号数字化，同时单片机通过与串口通信模块将数据传输给计算机，最终得到压电陀螺的导纳的实部和虚部，绘成曲线和导纳圆，并且计算机通过串口通信与单片机进行连接，从而用单片机控制正弦波发生器。进一步的，所述正弦波发生器为可编程正弦波发生器，输出频率由计算机控制。根据本专利技术的第二方面，提供一种压电陀螺的导纳圆测量方法，包括如下步骤：S1：为压电陀螺串联一个精密电阻，同时给压电陀螺施加正弦波，使其产生振动，测量该精密电阻两端的电压幅值及两端的相位差；S2：通过精密电阻两端的电压幅值及相位差，计算出该压电陀螺各种频率下的导纳；S3：当正弦波的频率与压电陀螺的某一模态的固有频率相等时，其导纳的实部取极大值，虚部接近于零，横坐标表示电导(导纳的实部)，取纵坐标表示电纳(导纳的虚部)，随着频率的改变，该模态在压电陀螺导纳的实部和虚部构成的坐标系上形成导纳圆，从而完成压电陀螺的导纳圆测量。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术用导纳圆数据处理方式对压电陀螺进行分析，测量装置简洁明了，可以直接得到压电陀螺等效电路的许多重要参数，快捷方便；频率分辨率高，针对性强，成本低廉，适用于许多复杂的测量环境。本专利技术方法通过测量装置给压电陀螺施加正弦波使其产生振动，当正弦波的频率与压电陀螺的某一模态的固有频率相等时，其导纳的实部取极大值，虚部接近于零；随着频率的改变，该模态在压电陀螺导纳的实部和虚部构成的坐标系上形成导纳圆。本专利技术为压电陀螺的等效电路提供了许多重要参数，提高了压电陀螺在驱动或检测电路中的可分析性，对压电陀螺的研究具有重要的价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为现有技术中一种压电圆盘微陀螺的结构示意图；图2为图1所示压电圆盘微陀螺的等效电路的结构示意图；图3为本专利技术一实施例压电圆盘微陀螺的导纳测量原理图；图4为本专利技术一实施例压电圆盘微陀螺的导纳圆示意图；图5为本专利技术一实施例压电圆盘微陀螺的导纳圆测量方法示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图5所示，一种压电陀螺的导纳圆测量装置，包括：正弦波发生器，用于产生正弦波，该正弦波经过功率驱动电路加在压电陀螺的驱动电极上，并使压电陀螺产生振动；峰值及相位检测模块，该模块输入端获取压电陀螺两端的振动信号，两个信号经过放大、相乘和滤波处理，得到压电陀螺两端的电压峰值及相乘后的电压峰值，并输出给计算机的数据处理模块；计算机的数据处理模块，该模块输入端获取压电陀螺两端的电压峰值及根据相乘后的电压峰值间接计算出的相位，通过模数转换器将模拟信号转换为数字量，并传给计算机，通过计算机的实时处理，最终得到压电陀螺的导纳的实部和虚部，绘成曲线和导纳圆，并且控制正弦波发生器产生不同频率的正弦波。作为一个优选方式，如图5所示，所述峰值及相位检测模块包括：放大器、乘法器、滤波器，其中：压电陀螺两端的信号分别通过第一放大器进行放大，然后连接峰值检测电路测量它们的峰值，同时第一、第二放大器连接乘法器，将两个放大后的信号相乘得到一个新的信号，乘法器后面连接滤波器，滤波器在连接第三放大器，对新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电陀螺的导纳圆测量装置，其特征在于，包括：正弦波发生器，峰值及相位检测模块和计算机的数据处理模块；其中：正弦波发生器，用于产生正弦波，该正弦波经过功率驱动电路加在压电陀螺的驱动电极上，并使压电陀螺产生振动；峰值及相位检测模块，该模块输入端获取压电陀螺两端的振动信号，两个信号经过放大、相乘和滤波处理，得到压电陀螺两端的电压峰值及相乘后的电压峰值，并输出给计算机的数据处理模块；计算机的数据处理模块，该模块输入端获取压电陀螺两端的电压峰值及根据相乘后的电压峰值间接计算出的相位，通过模数转换器将模拟信号转换为数字量，并传给计算机，通过计算机的实时处理，最终得到压电陀螺的导纳的实部和虚部，绘成曲线和导纳圆，并且控制正弦波发生器产生不同频率的正弦波。

【技术特征摘要】
1.一种压电陀螺的导纳圆测量装置，其特征在于，包括：正弦波发生器，峰值及相位检测模块和计算机的数据处理模块；其中：正弦波发生器，用于产生正弦波，该正弦波经过功率驱动电路加在压电陀螺的驱动电极上，并使压电陀螺产生振动；峰值及相位检测模块，该模块输入端获取压电陀螺两端的振动信号，两个信号经过放大、相乘和滤波处理，得到压电陀螺两端的电压峰值及相乘后的电压峰值，并输出给计算机的数据处理模块；计算机的数据处理模块，该模块输入端获取压电陀螺两端的电压峰值及根据相乘后的电压峰值间接计算出的相位，通过模数转换器将模拟信号转换为数字量，并传给计算机，通过计算机的实时处理，最终得到压电陀螺的导纳的实部和虚部，绘成曲线和导纳圆，并且控制正弦波发生器产生不同频率的正弦波。2.根据权利要求1所述的一种压电陀螺的导纳圆测量装置，其特征在于，所述峰值及相位检测模块包括：放大器、乘法器、滤波器，其中：压电陀螺两端的信号分别通过第一放大器进行放大，然后连接峰值检测电路测量它们的峰值，同时第一、第二放大器连接乘法器，将两个放大后的信号相乘得到一个新的信号，乘法器后面连接滤波器，滤波器在连接第三放大器，对新的信号进行滤波、放大，得到相位检测电压。3.根据权利要求1所述的一种压电陀螺的导纳圆测量装置，其特征在于，所述数据处理模块包括AD转换模块、单片机、串口通信模块以及计算机，其中：AD转换模块与单片机连接，将峰值及相位检测模块得到的电压信号数字化，同时单片机通过与串口通信模块将数据传输给计算机，最终得到压电陀螺的导纳的实部和虚部，绘成曲线和导纳圆，并且计算机通过串口通信与单片机进行连接，从而用单片机控制正弦波发生器。4.根据权利要求1所述的一种压电陀螺的导纳圆测量装置，其特征在于，所述正弦波发生器为可编程正弦波发生器，输出频率由计算机控制。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种压电陀螺的导纳圆测量装置，其特征在于，所述装置，给压电陀螺施加正弦波，使其产生振动，当正弦波的频率与压电陀螺的某一模态的固有频率相等时，其导纳的实部取极大值，虚部接近于零，随着频率的改变，该模态在压电陀螺导纳的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫平，欧彬，唐健，孙殿竣，邢亚亮，樊冬，刘朝阳，朱甲强，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31