[发明专利]微陀螺测量系统及采用该系统测量零偏稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微陀螺芯片的性能测试技术。

背景技术

微陀螺又称角速度计，是用于测量物体相对于惯性空间转动的角速度的惯性传感器。在航空航天、军事、民用等许多领域有着极为重要的应用，是各国发展的重点技术。微陀螺按照制作原理及结构可将其大致分为机械式微陀螺、光学微陀螺、微机械微陀螺三类。机械式陀螺是由机械加工制造的转动式陀螺，它利用高速转动的物体角动量守恒原理测量角速度。这种陀螺精度高，但其结构复杂，成本高，使用寿命有限。光学微陀螺包括光纤陀螺和激光陀螺，这种陀螺没有可动部分，具有较长的使用寿命和较高的性能，但是与机械式陀螺一样，都有体积大，价格昂贵，功耗高能缺点。

90年代初期，随着MEMS(Micro Electro Mechanical System)技术的产生与发展，基于MEMS技术的第三代微机械陀螺产生了。相比于传统陀螺，微机械陀螺具有体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、带宽大；以硅为主要材料，机械电气性能优良；易于批量生产且生产成本低；易于集成化，能在极小的空间内把不同功能，不同敏感方向的传感器或执行器集成与一体，形成为传感器阵列，等优点。基于以上优点，微陀螺方便应用于嵌入电子、信息与智能控制系统中，使得系统体积和成本大幅下降，而且总体性能大幅提升，因此在国防军事应用中，高精度微机械陀螺将可用于导弹、航空航天、超音速飞行器等高精度需求的军用产品中，具有广泛的应用前景。

但是，制约微机械陀螺应用的瓶颈是其精度偏低。虽然从20世纪80年代开始，经过数十年的研究，一系列各种类型各种原理的微陀螺在结构和精度上发展很大，但是由于MEMS工艺本身加工精度的限制以及设计原理本身的局限性，目前技术还没有取得质的飞跃。不同级别的陀螺性能指标如表1所示。

表1  不同级别的陀螺性能指标

传统的微陀螺选用方案均基于数据手册上的性能指标选择芯片，而未对芯片进行大量数据测试与比较。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中缺少针对微陀螺芯片性能进行大量数据测试与比较的系统，导致对微陀螺的选择只能基于数据手册上的性能指标的问题，提供一种微陀螺测量系统及采用该系统测量零偏稳定性的方法。

本发明所述的微陀螺测量系统包括一号主控电路、二号主控电路、上位机、无线发送模块和无线接收模块；

一号主控电路用于对微陀螺进行配置、更新微陀螺的片内FLASH、存储配置信息，以及从微陀螺读取角速度数据，并将读取到的数据通过无线发送模块和无线接收模块发送至二号主控电路；

二号主控电路用于将接收到的数据发送给上位机；

上位机用于验证配置信息是否已写入微陀螺，以及对接收到的角速度数据进行计算，得到微陀螺的零偏稳定性。

所述的一号主控电路和二号主控电路均采用STM32F103C8型芯片实现。

所述的配置信息包括微陀螺量程选择、微陀螺的校正字、微陀螺采样频率和巴特利特窗FIR数字滤波器的选择。

所述的上位机采用Matlab对微陀螺发来的角速度数据进行计算，计算上述数据的Allan方差，并将Allan方差的计算结果为作微陀螺的零偏稳定性。

采用上述微陀螺测量系统测量零偏稳定性的方法包括以下步骤：

步骤一、一号主控电路对微陀螺进行配置，然后更新微陀螺的片内FLASH，并存储配置信息；

步骤二、一号主控电路读取微陀螺的配置寄存器内的数据，并将该数据通过二号主控电路发送给上位机；

步骤三、上位机根据步骤二中的数据验证配置信息是否已写入微陀螺内FLASH；

步骤四、微陀螺对测得的角速度信息进行校正和数字滤波，得到校正和数字滤波后的数据，并将该数据通过一号主控电路和二号主控电路上传给上位机；

步骤五、上位机实时显示微陀螺发来的角速度数据，并对该角速度数据进行计算，得到微陀螺的零偏稳定性。

本发明所述的微陀螺测量系统采用STM32F103C8型芯片作为核心处理器与微陀螺进行通信，并将微陀螺测得的数据通过无线方式发送至上位机，再由上位机对数据进行处理，得到微陀螺的零偏稳定性。上述微陀螺测量系统结构简单，能够采集大量的微陀螺测得的数据，并通过软件对数据进行处理，得到微陀螺的零偏稳定性，且该测量系统还能够测量微陀螺的标度因数、分辨率、带宽、非线性度、灵敏度、测量范围等其他性能指标，为微陀螺的选用提供可靠依据。