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利用ADXRS453构建速率稳定回路

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ADXRS453是面向工业、仪表仪器和高振动环境中稳定应用的角速率传感器(陀螺仪)。ADXRS453采用先进的差分四传感器设计,可抑制线性加速度的影响,能够在恶劣的冲和振动环境中提供高精度速率检测。ADXRS453采用内部连续自测架构。机电系统的完整性通过以下方法来检查:对检测结构施加一个高频静电力,以便产生一个速率信号,将该速率信号与基带速率数据区分开来,并进行内部分析。ADXRS453可检测高达±300°/s的角速率。角速率数据以16位字的形式提供,属于32位SPI消息的一部分ADXRS453提供16引脚空腔塑封SOIC(SOIC_CAV)和SMT兼容垂直贴装(LCC_V)两种封装,能够在3.3 V至5 V的宽电压范围内工作。其功能款图如下:

ADXRS453提供两种封装选择。
• SOIC_CAV封装适合需要z轴(偏航角)速率检测的应用。
• LCC_V(垂直贴装)封装适用于需要x轴或y轴(俯仰或滚动)速率检测的应用,以及需要z轴(偏航)速率检测的应用。封装的两面都有引脚,可垂直贴装用于俯仰或滚动检测,也可以水平贴装用于偏航检测。

ADXRS453使用谐振器陀螺仪原理工作。图18是四种多晶硅检测结构之一的简化图。每种检测结构均包含一个扰动框架,通过静电驱动到谐振状态。这会产生必要的速度,从而在器件旋转期间产生科氏力。使用SOIC_CAV封装时,ADXRS453可用于检测z轴(偏航)角速率;而LCC_V垂直贴装封装允许器件检测同一PCB上的俯仰和滚动角速率。

当检测结构旋转时,产生的科氏力耦合至外部检测框架,该框架包含置于固定捡拾器指之间的可动指。这样便形成一个容性捡拾结构来检测科氏运动。检测到的信号被馈送至一系列增益和解调级,产生电速率信号输出。四路传感器设计以机械方式耦合四种检测结构,使外部重力表现为共模信号,而后者可通过ADXRS453中实施的完全差分架构来消除,因而可抑制线性加速度和角加速度,包括外部重力和振动。

ADXRS453应安装在靠近PCB牢固安装点的位置。下图所示为错误安装位置,已予以避免,如将ADXRS453安装在无支撑的PCB位置(杠杆末端或弹簧床中间),由于陀螺仪受PCB谐振影响,可能会导致明显的测量误差。将陀螺仪安装在牢固安装点附近有助于确保陀螺仪中的PCB谐振高于内部电子元件发生有害混叠的频率。要确保混叠信号不会耦合至基带测量范围,模块应设计成第一个系统级谐振发生于高于800 Hz的频率下。

安装好的3轴角速率检测结构如下图所示,分别可以测量俯仰偏航横滚3个方向的角速率。

 

ADXRS453通过SPI通信传输数据,可以利用ADUC7026单片机作为主机对其数据进行读取,读取到数据后,与参考输入做比较,产生偏差信号。一旦有偏差信号存在,则驱动执行机构修正直到偏差信号为0.