PDF《单片偏航角速度陀螺仪的原理与应用》

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bbww.net 资料版权归合法所有者所有 严禁用于商业用途 单片偏航角速度陀螺仪的原理与应用 沙占友 王彦朋 张永昌 摘要: 介绍了一种单片集成化偏航角速度陀螺仪的工作原理与典型应用, 阐述了角速度测量仪的设计要点. 该仪器可精确测量转动物体的偏航角速度,适用于各种惯性测量系统(例如检测汽车底盘). 关键词:陀螺仪;

微电子机械加工技术;

偏航角速度;

自检;

角速度测量仪 中图分类号: TN6 文献标识码 A

一、引言 陀螺仪(gyroscope,缩写为 gyro)是一种转动装置,能在旋转时能保持转动轴的方向不变,具有定 向作用.世界上最早的陀螺仪是在

1852 年由法国物理学家福科研制成功的,而直到

1908 年,第一台航海 用陀螺仪才在德国问世.目前陀螺仪已被广泛用于航空、航天、航海和军事领域近年来,陀螺仪还被用于 电子测量领域.陀螺仪的种类很多,有音叉式陀螺仪、激光陀螺仪、光纤陀螺仪、液浮陀螺仪等类型.2002 年, 由美国 ADI 公司推出了新型单片偏航角速度陀螺仪 ADXRS 系列, 采用微电子机械加工技术 (MEMT, Micro Electro Mechanical Technology)制作,能精确测量转动物体的偏航角速度,适用于各种惯性测量系统, 例如,可用来检测汽车底盘的角速度.该系列根据测量范围现有两种产品,ADXRS150 和ADXRS300.本文 以ADXRS300 为例介绍其性能特点

二、ADXRS300 的性能特点

1、ADXR300 是基于 音叉陀螺仪 (tuning fork gyro)的原理,采用表面显微机械加工工艺和 Bi -CMOS 半导体工艺而制成的功能完善、 价格低廉的角速度传感器. 其内部包含两个角速度传感器、 共鸣环、 信号调理器等元件及电路,真正实现了角速度陀螺仪的单片集成化.其输出电压与偏航角速度成正比,电 压的极性则代表转动方向(顺时针转动或逆时针转动).

2、测量偏航角速度(以下简称为角速度)的范围是±300rad/s,灵敏度为 5mV/rad/s,零位输出电压 为2.50V,非线性误差为±0.1%F.S.,稳定度为±0.03 rad /s,-3dB带宽为 40Hz,固有频率为 14kHz, 欢迎光临中国最大的电子工程师应用网站

网址:www.bbww.net 电子下载站 www.bbww.net 资料版权归合法所有者所有 严禁用于商业用途 角速度噪声密度为 0.2 rad /s/ .通过外部电阻和电容还可分别设定测量角速度的范围、带宽及零位 输出电压.

3、内部包含电压输出式温度传感器、+2.5V 基准电压源和电荷泵式 DC/DC 电源变换器,并具有自检 功能.

4、抗振动、抗冲击能力强、超小型、超轻薄化.其外形尺寸仅为 7mm*7mm*3mm,质量小于 1g,很 容易固定在转动物体上.

5、采用+5V 电源供电,电源电压允许范围+4.75V~+5.25V,电源电流的典型值为 5mA,工作温度 范围-40℃~+85℃.

三、ADXRS300 的工作原理 ADXRS300 采用 BGA-32 型金属壳表贴式封装,其引脚排列的底视图如图 1.需要说明几点:第一,图 中的 + 字交叉点代表转动轴(Z 轴),箭头方向表示转动方向,因为所画的是底视图,所以从正面看 应为顺时针方向旋转(下同);

第二,32 个引脚按照

7 行(1~7)、7 列(A~G)的矩阵形式对称分布, 每个引脚的坐标位置用所在行、列的序号来表示,并且每两个引脚划分成一组,互相连接后作为一个引出 端,以CP4 引出端为例,它所对应的两个引脚坐标分别是第

6 行第 A 列和第

7 行第 B 列,记做 6A,7B,余 者类推.采用这种结构能使引脚与外围电路的接触更加可靠;