汪濙海 张卫平 孙殿竣 唐健 成宇翔 刘亚东 邢亚亮

摘 要： 提出了一种压电半球谐振陀螺的数字检测方法。该检测方法基于Cyclone IV FPGA开发板，结合AD9226的A/D采样功能和Matlab的数字信号处理能力，实现了对采用压电效应、柯氏效应的压电半球谐振陀螺的输出信号进行采集及检测。介绍了该陀螺的结构和工作原理，并以其工作在89.4 kHz的体声波二波腹模态下的仿真结果为基础设计了数字检测方法。

关键词： 压电； 半球陀螺； FPGA； 数字检测

中图分类号： TN911.72?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）09?0145?04

Abstract： A digital detection method for the piezoelectric hemispherical resonator gyro is presented. This detection method is based on Cyclone IV FPGA development board， and combines the A/D sampling function of AD9226 with digital signal processing ability of Matlab to acquire and detect the output signal of the piezoelectric hemispherical resonator gyro with piezoelectric effect and Coriolis effect. The structure and working principle of the gyro are introduced. The digital detection method was designed based on the simulation result that the gyro works at bulk acoustic wave 2 antinode modal of 89.4 kHz.

Keywords： piezoelectricity； hemispherical gyro； FPGA； digital detection

0 引 言

半球谐振陀螺仪[1]是一种集高检测精度、高可靠性及稳定性、良好的抗冲击性能和长使用寿命等多种优势于一体的哥式振动陀螺仪[2]。其随机漂移为10-4 （°）/hr量级，使用寿命能达到15年[3]。在航空航天领域有着特殊的优势和使用前景。其工作原理为采用半球壳唇缘的径向振动驻波进动效应，结合柯氏效应检测输入角速度[1]。

FPGA作为与DSP齐名的嵌入式开发处理器，是在可编程器件的基础上发展而来的产物。其最具代表性的两大特色是开发的灵活性和并行的程序处理能力。由于它具有上述两大优势，非常适合需要多样算法和进行并行计算的数字处理任务。

本文针对压电半球谐振陀螺仪，介绍了陀螺的结构和工作原理，并选择了其在89.4 kHz下的二波腹模态作为工作模态进行仿真，最后基于Cyclone IV FPGA开发板、AD9226芯片和Matlab程序，设计出了陀螺的数字检测方法。

1 陀螺基本结构

压电半球谐振陀螺分为压电半球体，支柱，表面电极，如图1所示。……