单片偏航角速度陀螺仪的原理与应用

### 单片偏航角速度陀螺仪的原理与应用 #### 一、引言 陀螺仪是一种能够保持其旋转轴方向不变的旋转装置，具有定向作用。自1852年法国物理学家福科发明了世界上最早的陀螺仪以来，经过一个多世纪的发展，陀螺仪已经广泛应用在航空、航天、航海以及军事等多个领域。近年来，随着微电子机械加工技术（MEMT）的进步，陀螺仪也开始应用于电子测量领域。 #### 二、ADXRS300的性能特点 ##### 1. 基本原理与构造 - **ADXRS300**是一款基于“音叉陀螺仪”的原理设计的单片集成化偏航角速度陀螺仪。它采用了表面显微机械加工工艺和Bi-CMOS半导体工艺制造而成，具备高性价比的特点。 - 内部集成了两个角速度传感器、共鸣环、信号调理器等组件，实现角速度陀螺仪的单片集成化。 - 输出电压与偏航角速度成正比，电压极性表示转动方向（顺时针或逆时针）。 ##### 2. 技术参数 - 测量偏航角速度范围：±300rad/s。 - 灵敏度：5mV/rad/s。 - 零位输出电压：2.50V。 - 非线性误差：±0.1%F.S.。 - 稳定度：±0.03rad/s。 - -3dB带宽：40Hz。 - 固有频率：14kHz。 - 角速度噪声密度：0.2rad/s/√Hz。 - 通过外部电阻和电容可以调节测量角速度范围、带宽以及零位输出电压。 ##### 3. 其他特性 - 内置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，支持自检功能。 - 抗振动、抗冲击能力强大，体积小巧轻便（7mm×7mm×3mm），重量小于1g。 - 电源供电范围：+4.75V～+5.25V，电源电流典型值为5mA，工作温度范围为-40℃～+85℃。 #### 三、ADXRS300的工作原理 ADXRS300采用BGA-32型金属壳表贴式封装。其引脚排列采用7行7列的矩阵形式对称分布，每两个引脚组成一组，作为单独的引出端。这种设计增强了引脚与外围电路之间的接触可靠性。各引脚功能如下： - Ucc：正模拟电源端。 - GND：模拟地。 - PGND：泵电源的地。 - PDD：泵电源的输入端，连接至Ucc。 - CP5与GND之间接入泵电源的高压滤波电容。 - CP3-CP4、CP1-CP2之间分别接入0.022μF的泵电容。 - RATEOUT：角速度电压信号输出端（零点电压为2.50V）。 - SUMJ：输出放大器的求和点（输出电压调零端）。 - CMID：接入滤波电容CMID。 - 2.5V：+2.5V精密基准电压输出端。 - TEMP：温度信号电压放大器的输出端。 - ST1和ST2：分别为角速度传感器1、2的自检端。 ADXRS300的内部电路框图主要包括以下几个部分： 1. **自检电路**：用于设备的自检功能。 2. **角速度传感器1和2**：用于检测偏航角速度。 3. **共鸣环**：用于增强传感器的敏感性和稳定性。 4. **科里奥利（CORIOLIS）信号通道**：包含π型解调器等组件，用于处理来自角速度传感器的信号。 5. **角速度输出电压放大器（A1）**：用于放大并输出角速度信号。 6. **2.5V基准电压源**：提供稳定的参考电压。 7. **温度传感器及电压放大器（A2）**：用于监测并输出温度信号。 8. **+12V泵电源**：为内部泵提供必要的电压。 ADXRS300的这些特性和设计使其成为一种非常实用的偏航角速度测量工具，适用于多种惯性测量系统，例如汽车底盘检测等。随着MEMT技术的不断发展和完善，未来的陀螺仪将更加精确、可靠和高效，进一步推动了电子测量技术的进步和发展。