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瑞士Zurich Instruments 锁相放大器在MEMS陀螺仪应用

瑞士Zurich Instruments 锁相放大器在MEMS陀螺仪应用

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  • 发布时间:2020-05-19 10:38
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相关产品: HF2LIUHFLI

应用说明

旋转运动感应对于汽车及导航和健康监测系统都很重要。如今,基于微机电系统(MEMS)技术的陀螺仪可以小型化,安装到智能手机中。这样的系统监视通过弹簧状的MEMS结构附接到安装框架的防振质量块在空间方向上的运动。MEMS陀螺仪通常与加速度计结合使用,然后通过单个设备提供6维测量。

所述检测质量常常沿着一个方向上使用的驱动电ji(其识别所述驱动模式)周期性地振动。一旦设备进行旋转运动,质量就 在其旋转参考平面中承受  科里奥利力:如图所示,这是沿垂直于驱动模式所定义方向的轻微位移。感测此位移的幅度(通过所谓的感测模式)可提供旋转角速度。这种旋转运动感测设备通常称为科里奥利振动陀螺仪(CVG)。瑞士Zurich Instruments 锁相放大器可以用来检测和标定MEMS 陀螺仪工作状态好坏。

 

测量方法

使用CVG进行准确的旋转测量需要对驱动模式和感应模式进行高度控制。为此,经常开发附加的专用集成电路(ASIC)。 

 

驱动模式控制

01步是使用锁相环(PLL)迫使质量块沿驱动模式共振。附加的PID通过实现自动增益控制(AGC),确保驱动模式具有恒定的振幅。这两个反馈回路共同保证了旋转运动不会影响驱动模式。幅度或频率的载波调制可以帮助yi制背景噪声和对陀螺仪测量的进一步寄生影响。或者,可以同时使用多个解调器和参数清扫器来执行参数共振。

 

开环感应模式配置

在开环配置中,解调器的单个输出组件监视感测模式。需要手动调整感测模式相位,以获取与角速度成正比的幅度。但是,由品质因数和感测模式的谐振频率确定的幅度衰减时间常数将陀螺仪对输入旋转的响应时间xian制了。

 

闭环感应模式配置

感应模式的闭环控制可以缩短设备的响应时间,并增加CVG的带宽和动态范围。闭环方案产生一个反馈力,该反馈力yi制感测模式下的运动。这种力平衡方法可通过施加的反馈力的大小直接访问输入角速度。闭环感应模式配置需要四个控制环,其中三个依赖PID来构建反馈信号。

 

选择瑞士Zurich Instruments 锁相放大器的优势

上面列出的所有陀螺仪控制策略都可以通过苏黎世仪器(Zurich Instruments)锁定放大器在您的设备上无缝实施和测试,从而无需进行耗时且昂贵的ASIC开发。例如,HF2LI锁相放大器提供50 kHz PLL带宽,因此可以显着降低CVG的操作复杂性-特别是在闭环检测配置中。对于需要更快的操作和更高的控制带宽的传感应用,UHFLI锁相放大器HF2LI的功能转换为高达600 MHz的频率(具有300 kHz PLL带宽)。

借助LabOne软件提供的时域和频域工具,您可以表征驱动和感测模式的行为,包括骨干测量。

苏黎世仪器公司的模拟电子设备(通过将HF2LIHF2TA电流放大器结合使用)可以进行差分电压或电流测量,并提供多个输入级,以zui小化输入噪声并zui大化周期性信号的信噪比。通过USBGbE连接实现快速的数字数据传输,不需要额外的数字化卡来记录您的测量结果。

 

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