台资课长是什么职位:ADXRS角速度检测陀螺仪的原理及应用
陀螺仪作为一种惯性测量器件,是惯性导航、惯性制导和惯性测量系统的核心部件,广泛应用于军事和民用领域。传统的陀螺仪体积大、功耗高、易受干扰,稳定性较差,最近美国模拟器件公司推出了一种新型速率陀螺芯片ADXRS,它只有7mm×7mm×3mm大小,采用BGA-32封装技术,这种封装至少要比任何其他具有同类性能的陀螺仪小100倍,而且功耗为30mW,重量仅0.5g,能够很好的克服传统陀螺仪的缺点。由ADXRS芯片组成的角速度检测陀螺仪能够准确的测量角速度,此外还可以利用该陀螺仪对角度进行测量,实验取得了良好的结果。
2、陀螺仪的构造以及电路的实现
ADXRS系列陀螺仪的外围尺寸为7mm×7mm×3mm,采用BGA-32封装技术,有ADXRS150和ADXRS300两种型号,它们的功能电路完全相同,唯一不同在于前者的量程为±150°/s,后者的量程为±300°/s。图3显示了ADXRS300的内部电路结构和外围电路,其中外围电路主要是电容和电阻组成。
引脚AVCC接5V电源电压,22nF的泵浦电容用于产生12V的泵浦电压以供部分电路使用。测得的角速度以电压形式在引脚RATEOUT输出,0°/s时输出电压为2.5V,RATEOUT与引脚SUMJ之间并联一个电阻RoutADXRS300的角速度响应带宽,-3dB频率由下式决定:和电容Cout,从而组成低通滤波器用于限制fout = 1 / (2 π • Rout • Cout) (1)内部电路的Rout180kΩ,可以从外部给RoutΩ//RextADXRS300的量程为±300°/s,可以在RATEOUT和SUMJ引脚之间给Rout300 kΩ的电阻可以使量程增大50%,但是这需要对电路重新调零,调零时在SUMJ引脚处外接一个电阻RnullRATEOUT的零点是2.5V,但角运动范围不对称时,按下式计算:到地或电源正极,对称角运动情况下并联一个电阻来增大量程,例如并联一个,从而调整角速率响应带宽。并联一个电阻Rext,使得Rout=180k为Rnull =
三、实验过程和测量结果
ADXRS300陀螺仪直接的用途就是做角速度测量仪,此外也可以用于测量物体旋转角度—对陀螺仪的输出结果积分,所得的数值即为角度。
本实验即用ADXRS300陀螺仪测量角度,通过ADXRS300角速度测量仪测量旋转物体的转动角速度(注意:陀螺仪可以以任何角度安装在旋转物体的任何地方,只要测量使陀螺仪旋转轴和所要测量的轴平行即可),再对角速度积分就是我们所要的角度了。根据此原理,先把陀螺仪的输出通过数据采集器送入PC机中,再用软件进行积分并最终显示结果。具体流程如图4。
F-5101通过打印口与计算机相连,占用主机378H和379H两个I/O端口。主机通过写378H向F-5101送入操作状态,读379H得到A/D转换的数据。
系统的供电电压为220V,需要通过AC220B05-1W5型电源模块把220V交流电转换为5V直流电供ADXRS300陀螺仪使用。
2、软件设计读取陀螺仪的输出电压值,换算成角速度并进行积分,最终显示结果这一步骤通过Visual Basic程序来实现。从计算机379H端口读取的数值为12位2进制数,利用公式Vout10× (A×16 + B + C / 16)×4096 – 5 (3)=可以把12位二进制数转换为十进制数,从而求得陀螺仪的实际输出电压。其中Vout12位二进制数的高4位、中4位和低4位。电压值换算成角速度由下式决定:设角速度为w,则:为输出电压,A,B,C分别为w = (Vout -V0) / 5mV /°/s (4)其中5mV/°/s为ADXRS300陀螺仪的灵敏度,V2.5V。0为陀螺仪静止时的输出电压,一般为积分的主要步骤是用角速度w5。乘以程序运行一次所用的时间△t,循环运行程序,对每次的乘积进行累加,并实时送出累加结果,该结果即为测得的物体转过的角度,程序流程如图
数据采集A/D转换时可能产生的误差,造成所积分的角速度不准确。
四、结论
随着微机械加工工艺和陀螺仪的设计技术水平不断提高,角速度传感器正朝着微型化、集成化的方向发展,外形更小巧,测量更精确,功能更强大,价格更低廉的陀螺仪已经成为可能。本文介绍的ADXRS角速度检测陀螺仪体现了这方面的特点,它尺寸小,功耗低,抗冲击和振动性好,电路结构简单,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,是陀螺仪技术的一个飞跃。