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1、毕业设计（论文）说明书学 院精密仪器与光电子工程学院专 业测控技术与仪器年级2006姓名寇科指导教师李醒飞2010 年 6 月 20 日毕业设计（论文）任务书题目石英挠性加速度计力反馈回路的设计与制作学生姓名寇科学院名称精密仪器与光电子工程学院专业测控技术与仪器学号3006202041指导教师李醒飞职称教授、原始依据1. 工作基础：本课题是全数字化加速度计再平衡回路技术研究的一部分。目前多数 石英挠性加速度计的表头都已经集成了力反馈加矩系统，所以本课题的任务就是利用精密采样电阻从加速度计的表头中采到信号电流并且转化成电压信号，再以高精度模数转换器和 DSP为基础设计一个信号处理电路，把加速度信
2、号输入到 计算机中，在Labview软件中显示出来。2. 研究条件：随着电子产业的发展，尤其是数字集成电路的日新月异，特别是自20世纪 80年代初期DSP芯片的诞生和高精度模数转换芯片的发明，使得设计高精度的 数字信号处理电路成为了可能。Labview等窗口化的变成软件的开发也为信号读 取，显示，比对提供了方便。实验室又具有丰富惯性导航的研究经验和相关配套 的开发系统，为该项目的研究提供了可靠的保障。3. 应用环境：该数据采集系统是加速度计的一部分，作为惯性导航系统的核心元件，加 速度计安装在运动载体中，在航天，航空，航海领域有着广泛的应用。只要能够 准确的测量运载体的加速度，通过一次积分可以
3、得到运载体的速度，二次积分可 以得到运载体的位移，进而得到运动物体的轨迹，它的精度是影响导航系统性能 的主要因素。4. 工作目的：课题的主要研究目的是为石英挠性加速度计设计相配套的信号处理和显示 电路，并且通过实验调试使系统能够正确的敏感并处理最小5X10-6g的加速度输出信号，达到020g的测量范围。二、参考文献1 胡红革.硅挠性伺服加速度计设计D.四川：中物理院电子工程研究所，20012 陈浩.基于ARM的石英挠性加速度计采集处理系统设计D 哈尔滨工程大 学，20073 黄颖动力调谐陀螺仪数字再平衡回路的设计与实现D 哈尔滨工程大学，20074 Sangkyung Sung, Jang G
4、yu Lee Taesam Kang Design of force rebalanee loop for silicon accelerometer using parametric robust control techniqueJ Transaetionsof the Korean Institute of Electrical Engineers 2000，49(3): 124-325 Woo Seong Chen and Jun Ho Oh. Development of force balanee accelerometer with high accu100racy for pr
5、ecision motion measurementJ. Meas. sci.Tech nol.7(1996): 1001-1011 胡少青 张春熹 杜新政.应用高分辨率AD和DSP实现的加速度计并行数据采集系统J.电子测量与仪器学报，2002, 16(3): 13-227 雷立铭，刘艳梅大量程石英加速度计二元调宽再平衡回路的设计与应用J 中国惯性技术学报,2002, 10(1), 51-548 李灵华，何丽君.24位高带宽A一甘莫/数转换器ADS1271的原理及应用J 现 代电子技术，2007, 16: 4-69 王波液浮摆式加速度计测试系统的研究D.哈尔滨工业大学，200610 刘俊，石云
6、波，李杰，微惯性技术，北京：电子工业出版社，200511 秦永元，惯性导航，北京：科学出版社，2006.512 何铁春，周世勤，惯性导航加速度计，北京：国防工业出版社，1983.1113 朱家海主编，惯性导航，北京：国防工业出版社，2008.914 陆元九主编，惯性器件(下)，北京：中国宇航出版社，1993.1115 吴本寿，万德钧，周百令，国外动调陀螺仪再平衡技术的发展，中国惯性技 术学报，1996, 4(2)： 5257三、设计(研究)内容和要求1. 设计内容：课题的主要研究目的是为石英挠性加速度计设计相配套的信号处理和显示电路，并且通过实验调试使系统能够正确的敏感并处理最小5X10-6g
7、的加速度输出信号，达到0 20g的测量范围。以模数转换器ADS1271和DSP芯片 TMS320F2808为基础，设计信号处理和显示系统，并根据系统要求编写相应的 数据采集程序和简单的数据处理算法。2. 主要指标：该数据采集系统应能够准确、稳定地测量的加速度计产生的5 X0-6g 微弱信号，实现0-20g的量程，并具有良好的动态性能。3. 具体要求：理解石英挠性加速度计的工作原理，掌握力反馈系统的基本原理； 掌握本课题信号处理系统的原理、构成以及应注意的事项； 掌握DSP芯片，AD转换芯片的结构，特点以及应用； 深刻理解数字电路和模拟电路的区别；熟悉简单的数据采集和数字处理算法的编写；掌握SP
8、I总线以及RS232串口的使用方法；融会贯通所学知识，掌握protel DXP , CCS, Labview等工具软件的使用； 翻译英文文献5000字以上；毕业论文20000字以上。指导教师(签字)2010年月日审题小组组长(签字)2010年月日天津大学本科生毕业设计（论文）开题报告课题名称石英挠性加速度计力反馈回路的设计与制作学院名称精仪学生姓名寇科专业名称测控技术与仪器指导教师李醒飞1. 课题的来源及意义惯性导航是二十世纪初才发展起来的一种导航方法，是先进的科学技术之 一，也是唯一一种不需要外界信息的自主式导航系统， 它通过系统自身的加速度 敏感元件一加速度计，测量载体的运动加速度，如果初
9、始条件已知，那么对此加 速度进行一次积分就可得到载体的运动速度，再积分一次就可得到载体的位置， 这种多用途、高精度、独立自主的导航方式在军事和民用上有着极为广泛的应用 需，因此如何处理加速度计表头输出的信号也显得至关重要，本课题也是在这个背景下提出的，通过对加速度计表头输出电流信号的处理， 实现加速度值在计算 机上的显示。2国内外发展状况六十年代末，美国森德斯坦德数据控制公司（SDC）研制出了一种以整石英 挠性摆片为基础的Q-Flex型石英挠性加速度计。之后二十年相继推出了 QA-1200 和QA-1400等系列加速度计。九十年代初，森德斯坦德公司在QA-2000的基础 上推出了目前国际上水平
10、最高的 QA-3000系列加速度计。我国自1979年开始研 制石英挠性加速度计，起步晚，且由于石英加速度计在惯导等技术上的重要作用， 因此被美国列为对我国的禁运技术，所以目前国内的石英挠性加速度计主要是仿 制国外的产品，在技术上鲜有创新。但是随着我国专家和工程师的不懈努力，加速度计在经历了近二十年的发展后，在原理、工艺、测试等方面也已趋于完善。 现在的研究发展方向主要是：用于精确制导的导航定位系统，和用于测试大加速 度的炮弹引信方面。前者要求高灵敏度，而后者要求较大的测量范围。目前国内 和国外的加速度计表头多数都已经集成了力反馈加矩系统，因此如何把表头的输出电流信号引出来并加以处理和显示就成了
11、一个关键的问题。3. 研究目标与研究内容目标：为石英挠性加速度计表头的输出电流信号提供一个信号处理电路，然后通过Labview软件在计算机上显示出来。内容：以模数转换器和 DSP为基础设计加速度计信号的处理和显示电路，并编 写相应的程序。拟解决问题：微弱信号的抗干扰处理；DSP的高速，高精度的数据处理的实现； DSP与计算机的接口设置。4. 课题进度安排2010.3.1 2010322搜集资料，查阅资料，完成开题报告 ；2010322010412熟悉资料，研究加速度计及其信号处理系统的基本原理和所用芯片的相关资料；2010413 2010.5.7设计并搭建加速度计的信号处理电路；2010.5.
12、8 2010.5.31编写相关程序并调试系统；2010.6.1 2010.6.20总结整体工作情况撰写毕业设计论文，进行毕业答辩。5. 已具备的实验条件和该课题有关的研究条件有：1) DSP芯片开发系统；2) 数字电路开发模拟系统；3) 加速度计测试平台(离心机)；6. 参考文献1 胡红革.硅挠性伺服加速度计设计D.四川：中物理院电子工程研究所，20012 陈浩.基于ARM的石英挠性加速度计采集处理系统设计D 哈尔滨工程大 学，20073 黄颖动力调谐陀螺仪数字再平衡回路的设计与实现D 哈尔滨工程大学，20074 Sangkyung Sung, Jang Gyu Lee Taesam Kang
13、 Design of force rebalanee loop for silicon accelerometer using parametric robust control techniqueJ. Transaetions of the Korean Institute of Electrical Engineers, 2000, 49(3): 124-325 Woo Seong Chen and Jun Ho Oh. Development of force balanee accelerometer with high accu100racy for precision motion
14、 measurementJ. Meas. sci. Tech nol.7(1996): 1001-1011 胡少青 张春熹 杜新政.应用高分辨率AD和DSP实现的加速度计并行数据 采集系统J.电子测量与仪器学报，2002，16(3): 13-227 雷立铭，刘艳梅.大量程石英加速度计二元调宽再平衡回路的设计与应用J.中国惯性技术学报,2002，10(1)，51-548 李灵华，何丽君.24位高带宽戒/数转换器ADS1271的原理及应用9 王波.液浮摆式加速度计测试系统的研究D.哈尔滨工业大学，200610 厚泽，加速度计全数字力反馈回路设计，哈尔滨工程大学，2007选题是否合适：是否课题能否实
15、现： 能口不能口指导教师(签字)2010年 月 日选题是否合适：是口否口课题能否实现： 能口不能口 审题小组组长(签字)2010年 月 日加速度计是惯性导航系统中的重要元器件，在国防工业、航天航空、民用工 业等领域都有广泛的应用。本文针对内部含有力反馈回路的加速度计表头来设计 一套信号处理的系统，该系统是由精密采样电阻、低通滤波器、差动放大器、模 数转换器、DSP和LabVIEW界面构成，可以很方便地实现加速度计信号的处理 和在PC机上的显示。具体所做的工作如下：1，设计了信号处理电路并且给出了其各部分的设计原理和模块电路图。2, 在例程基础上改写了 DSP程序，同时介绍了 DSP及其开发工具CCS的基本知识，SPI和SCI部分的编程思路，给出了流程图。3, 编写了 LabVIEW程序，给出了 LabVIEW，VISA串口编程的相关内容，也给出了程序的流程图。4, 介绍了实验的基
