[發明專利]采用DSP與FPGA的微半球諧振陀螺控制及信號檢測系統和方法

有效

• 申請號: 201610053731.1
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105716597B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 張衛平;孫殿竣;汪濙海;唐健;邢亞亮;魏志方
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01C19/5691
• 分類號: G01C19/5691
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 徐紅銀;郭國中

1.一種采用DSP與FPGA的微半球諧振陀螺控制及信號檢測系統，其特征在于，所述系統包括：

一個微半球諧振陀螺，其上具有多個電極，且多個電極按不同功能通過導線引出連接至FPGA系統的多路A/D模塊與D/A模塊上；

一個連接有多路A/D模塊以及D/A模塊的FPGA系統；

一個通過總線與FPGA系統相連的DSP芯片；

其中：微半球諧振陀螺是整個系統的控制對象，同時也是檢測對象；FPGA系統負責微半球諧振陀螺輸入信號的捕捉和初步處理，并將初步處理后的輸入信號輸入給DSP芯片；DSP芯片對初步處理后的輸入信號進行數字濾波以及數字解調，并將數字濾波以及數字解調后生成的信號輸出至FPGA系統，再通過FPGA系統的D/A模塊反饋轉化為模擬量反饋給微半球諧振陀螺，其中反饋包括微半球諧振陀螺信號的頻率和相位、幅值的多種反饋；

所述的微半球諧振陀螺上的電極按功能分為驅動電極、檢測電極、監測電極、平衡電極，其中：驅動電極以及平衡電極負責接收FPGA系統的反饋信號，檢測電極以及監測電極負責向DSP芯片與FPGA系統輸出微半球諧振陀螺的控制驅動信號；

所述的FPGA系統中：A/D模塊與微半球諧振陀螺的檢測電極以及監測電極相連，D/A模塊與微半球諧振陀螺的驅動電極以及平衡電極相連；

一旦外界有角速度變化，微半球諧振陀螺通過哥氏力效應，其檢測電極以及監測電極上信號發生變化，此時DSP芯片與FPGA系統的解調算法將此變化檢出，同時計算反饋信號通過D/A模塊輸出至微半球諧振陀螺的平衡電極，使得微半球諧振陀螺保持回原來的穩定工作狀態；這時微半球諧振陀螺的角速度信號也得到檢出，其輸出為一直流電信號，通過標定即得到外界的角速度，這即為DSP芯片與FPGA系統下的微半球諧振陀螺的力反饋模式。

2.根據權利要求1所述的采用DSP與FPGA的微半球諧振陀螺控制及信號檢測系統，其特征在于，所述的A/D模塊與D/A模塊的頻率至少在10MHz量級。

3.根據權利要求1所述的采用DSP與FPGA的微半球諧振陀螺控制及信號檢測系統，其特征在于，所述的A/D模塊采樣位數至少12位。

4.根據權利要求1-3任一項所述的采用DSP與FPGA的微半球諧振陀螺控制及信號檢測系統，其特征在于，所述的微半球諧振陀螺的中心頻率在百kHz量級。

5.根據權利要求1-3任一項所述的采用DSP與FPGA的微半球諧振陀螺控制及信號檢測系統，其特征在于，所述的DSP芯片擁有高浮點運算精度以及速度，能在一個周期內同時處理一個乘與加運算。

6.根據權利要求1-3任一項所述的采用DSP與FPGA的微半球諧振陀螺控制及信號檢測系統，其特征在于，所述的微半球諧振陀螺在連接A/D模塊之前，設置電荷放大器以保證信號的檢出。

7.根據權利要求1-3任一項所述的采用DSP與FPGA的微半球諧振陀螺控制及信號檢測系統，其特征在于，所述系統最終輸出的直流電信號與微半球諧振陀螺敏感角速度成線性關系。

8.一種采用上述權利要求1-7任一項所述系統的采用DSP與FPGA的微半球諧振陀螺控制及信號檢測方法，其特征在于：

DSP芯片與FPGA系統通過D/A模塊向微半球諧振陀螺的驅動電極輸入中心頻率的驅動信號，使微半球諧振陀螺起振，微半球諧振陀螺的輸入信號通過FPGA系統上的A/D模塊進入FPGA系統，經初步處理后進入DSP芯片，經過數字解調和數字濾波后，DSP芯片將生成的反饋信號傳輸給FPGA系統，FPGA系統上的A/D模塊再將反饋轉化為模擬量反饋給微半球諧振陀螺；

一旦外界有角速度變化，微半球諧振陀螺通過哥氏力效應，其檢測電極以及監測電極上信號發生變化，此時DSP芯片與FPGA系統的解調算法將此變化檢出，同時計算反饋信號通過D/A模塊輸出至微半球諧振陀螺的平衡電極，使得微半球諧振陀螺保持回原來的穩定工作狀態；這時微半球諧振陀螺的角速度信號也得到檢出，其輸出為一直流電信號，通過標定即得到外界的角速度，這即為DSP芯片與FPGA系統下的微半球諧振陀螺的力反饋模式。