[发明专利]一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法

说明书

本发明公开了一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法，在杯形陀螺上均布有一组压电陶瓷片，还包括有融合电路，所述的融合电路与各压电陶瓷片相连，在融合电路上连接有低通滤波电路和ARM控制芯片；融合电路用于采集各压电陶瓷片由于振动产生的电压变化信号和ARM控制芯片反馈的183Hz脉宽调制信号；ARM控制芯片反馈至融合电路的183Hz脉宽调制信号采用数字式PID算法，该PID算法公式为：其中u(t)表示控制器的脉宽输出，e(t)表示控制器的输入，Kp表示控制器的比例放大系数，Ti表示控制器的积分时间，Td表示控制器的微分时间。

技术领域

本发明涉及杯形陀螺的技术领域，特别是涉及陀螺振动幅值提取的技术领域。

背景技术

杯形陀螺是一种典型的哥式振动陀螺，其在谐振频率下以稳定幅值进行振动时，便可在谐振子45°的方位上检测外界输入的角速度信号，对此信号进行解调、滤波、采集后便可获取外界角速度信号。振动幅值的获取对于杯形陀螺的控制、补偿都有着十分重要的作用，现有的幅值获取主要有两种方式，一种是通过激光测振仪直接测量谐振子的振动幅值，这种方法获取的振动幅值真实可靠，但却无法应用于陀螺的伺服控制与补偿；另一种方式是通过示波器测量陀螺振动带动的压电陶瓷输出的波形来获取振动幅值，这种方法依然存在无法参与伺服控制与补偿的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，提供一种提取杯形陀螺振动幅值精度高，且实现产品化的陀螺振动幅值的方法，本发明采用的技术方案是：

一种高精度提取杯形陀螺振动幅值的方法，在所述的杯形陀螺上均布有一组压电陶瓷片，融合电路与各所述的压电陶瓷片相连，在所述的融合电路上连接有低通滤波电路和ARM控制芯片；

所述的融合电路用于采集各压电陶瓷片由于振动产生的电压变化信号和ARM控制芯片反馈的183Hz脉宽调制信号；该融合电路将采集的压电陶瓷片产生的电压正弦信号、经过整流后的正半馒头波、-4.096V电压信号和183Hz脉宽调制信号，该融合电路将正弦信号、正半馒头波、-4.096V电压信号和183Hz脉宽调制信号合成后产生波形涵盖4KHz和183Hz频率信号；

将波形涵盖4KHz和183Hz频率信号传输至低通滤波电路，通过低通滤波电路处理滤除4KHz和183Hz的频率信号仅保留幅值信息，以直流电压信号输出；

ARM控制芯片采集由低通滤波电路输出的直流电压信号，该直流电压信号中含有振动幅值信号；

所述ARM控制芯片反馈至融合电路的183Hz脉宽调制信号采用数字式PID算法，该PID算法公式为：其中u(t)表示控制器的脉宽输出，e(t)表示控制器的输入，Kp表示控制器的比例放大系数，Ti表示控制器的积分时间，Td表示控制器的微分时间。

进一步的，所述的ARM控制芯片采用ST公司型号为stm32f103的芯片。

进一步的，所述的杯形陀螺包括陀螺外罩、谐振子、导振环、基座和螺钉，所述的压电陶瓷片为8片或者16片通过导电胶均匀地粘贴在谐振子底座上。

采用上面的方法：针对现有提取杯形陀螺振动幅值精度较低且无法产品化的问题，本方法通过在杯形陀螺谐振子底座处粘接压电陶瓷片将机械振动转换为电信号，接着利用融合电路、低通滤波电路和ARM控制芯片的数字PID算法实现了高精度提取杯形陀螺的振动幅值，通过试验证实提取杯形陀螺振动幅值的精度可达50ppm，并且实现了产品化。

附图说明

图1是本发明杯形陀螺的结构示意图；

图2是本发明模块化电路连接示意图；

图3是多信号融合电路；

图4是低通滤波电路。

具体实施方式