《陀螺》（通用12篇）
《陀螺》 篇1
一只陀螺看到一个车轮转得很慢, 就有些看不起它,故意问:“我说车轮大哥啊,虽然说你也会转,可你转得实在太慢了。 我和你有很大的不同,我一分钟能转1000多圈,你能转多少圈呀? ”
车轮听后, 对陀螺说:“我们除了转的速度快慢有所不同外,还有一个不同之处,那就是我每转一圈,就会前进一步。 可你虽然转得比较快,却只是在原地打转,一步也前进不了。 ”
在我们身边, 整天忙忙碌碌却一点进步也没有的人还少吗?
(选自《快乐青春·经典阅读》)
《陀螺》 篇2
动力调谐挠性陀螺仪、光纤陀螺仪的测试及分析
动力调谐陀螺仪和光纤陀螺仪是目前应用非常广泛的陀螺仪,对于它们的测试显得非常重要,本文对动力调谐挠性陀螺仪及光纤陀螺仪的`测试内容、测试方法以及相关的误差分析进行介绍,并简单介绍当前的测试状况.
作 者：侯煜 程明 Hou Yu Cheng Ming 作者单位：南京工业大学自动化学院,南京,210009刊 名：现代仪器 ISTIC英文刊名：MODERN INSTRUMENTS年，卷(期)：13(6)分类号：V2关键词：动力调谐陀螺仪 光纤陀螺仪 测试 漂移 误差分析
人生如陀螺 篇3
孩子们则不同了，他们生怕陀螺转慢了，以至于速度稍稍慢了一点，便急不可待地再抽上几鞭子。
如果将人生比喻成一只陀螺，那么，手中的那个鞭子，可以是名利，也可以是一些外在的东西。鞭子越抽越快，而我们也越转越快，旋转的陀螺永远都没有停下来的时候，除非你放下手中的鞭子，否则它将永远地旋转下去。
年轻的时候，我们总是将名利看得过重，我们就如同这陀螺一样，不容许自己有丝毫的懈怠，总认为，一定要拥有名，拥有利，拥有更多的财富。可我们往往忽视了自己，忽视了自己的家人，甚至于忽视了自己的健康。
我有一位好友，是个典型的“陀螺”，她不停地给自己加压。她会要求自己的孩子，今年要进入前三名；她会要求自己，今年要挣回一辆车；她会要求老公，一年之内能够让家里的存款翻一番。可事实上呢，她过得并不快乐，很累，有时也很想停下来，可是手中的鞭子却不允许她停下来，只能不停地转。
陀螺旋风 篇4
“我的陀螺最厉害。”“我的陀螺最有耐力。”瞧,那边又吵开了。“咱们比一比。”“比就比。”只见罗铭哲拿出一只金黄色的八卦形陀螺,这就是他的心爱宝贝———“暴烈飞龙”,庄明月则掏出一只闪着银光的圆形陀螺,这是他的常胜将军“银爪白虎”。“一、二、三”,他们发射了。一“龙”一“虎”在地上快速地旋转,还不时进行激烈的碰撞。一阵龙争虎斗之后,庄明月的“银爪白虎”像个喝了酒的醉汉,开始摇摇晃晃起来,眼看就要败下阵来,正当罗铭哲高兴时,他的“暴烈飞龙”撞在了墙上,一下子停了下来,庄明月反败为胜了。“不算,不算,我的陀螺撞到墙上了。”他们又吵开了。
一波未平,一波又起。那边林志明的“烈焰凤凰”和曾志辉的“无敌飞豹”又在进行“世纪大战”了,加油声几乎要把屋顶掀翻。
这场陀螺旋风不知要刮到什么时候,也不知道下次又会流行什么。不过这就是我们多姿多彩的校园生活。
点评:
陀螺 篇5
再次拿出那只陀螺，细细打量着它，是一块原木，那么纯粹，散发着木的独一无二的清香。而我泪如线，滚滚而落。
依稀记得，那日，阳光正好。梧桐树剪碎了那一束束阳光，碎成一块块迷离的光斑，散落在地上。阳光下，一老一小的背影被无限拉长，爷爷正皱着眉，一刀一刀的削着什么，我在旁，好奇的看。转眼间，一个木制的小玩意儿做成了，我有些失望，因为它实在是太平凡了，只是一块削尖了的木头而已，那么渺小而不起眼。而它伴着我的沉默与孤独，随即，愈来愈快，愈来愈快。它在田野上转，在清风里转，在飘着香的野花上转……
爷爷递给我一根长鞭，教我怎样用长鞭抽打陀螺，一下又一下，那只陀螺仍是那么骄傲的旋转着，一刻不停，像个舞者，热烈而奔放，像是生命之花，开到荼蘼。我抽打着那只陀螺，它依然骄傲的旋转着，一块小小的内敛的木，明艳而高贵，那种高贵已经浸透在骨子里，那日，阳光正好，而如今却已是人走茶凉，物是人非，留我，独自一人，默默守望记忆。
爷爷曾看着那只陀螺，笑着对我说：“你看啊，一只陀螺就像人的一生，庸碌而平凡，但坚持把简单的事情做好，就是不简单;坚持把平凡的事情做好就是不平凡;所谓成功就是在平凡中做出不平凡的坚持。”那时的我，稚嫩幼小，只是懵懵懂懂的记住了爷爷所说的话，如今，这句话将影响我的一生。恍惚间，阳光下，有小女孩儿手执长鞭，抽打着陀螺。每当这时，便听到有溪流从我的指尖下缓缓流过，而后汇聚成一条河，无边无际的漫出回忆，那条河的名字叫一一岁月。
人生路上，总有许多人，许多事值得我们去追忆，它们像一只只断了线的风筝，飞向天际，渐行渐远，直至消失不见。而我，却只能遥望天际，望着他们远去，无能为力。
陀螺飞舞精神爽 篇6
我之所以将打陀螺列在首位，这是因为我非常喜欢打陀螺，从童年一直打到现在。对它的喜爱程度，由此可见一斑。
有人爱说抽陀螺，我可不愿意苟同，甚至有些反对，在我的心目中，打陀螺比抽陀螺雅致得多。
闲言少叙，转入正题。陀螺在《新华字典》上的解释为：一种儿童玩具，呈圆锥形……
其实，打陀螺这项运动老少皆宜。打陀螺的场地没有什么特别的要求，只要地面平整即可。你一手拿着陀螺，一手拿着系有细绳的木棍子，接着将绳子缠绕在陀螺身上，缠绕的圈数要恰到好处，缠多了不利于拉动陀螺，而缠少了拉动的力量又不够。缠绕细绳是打陀螺的关键一步，但也没什么技术含量可言，熟能生巧而已。被拉动的陀螺欢快地飞舞着，你便可以拿着木棍用适当的力度，在任何方向，打陀螺。此刻，你也许心神飘忽，翩翩欲仙吧。
其实，打陀螺还可以有很多花样呢，比如，左手打3下，右手又接着打3下，并按着3的倍数继续打下去。另外，一边打陀螺，一边唱歌或背英语单词也是不错的选择。这不仅锻炼了身体，还起到了灵活头脑的作用，真可谓：一举多得，妙不可言！当然，更妙的是一个人可以同时掌控多个滚动的陀螺。那种成就感，只有当你亲手打多个陀螺的时候 ，才能真切地体会到。
也许有人会问你：阁下，想同时掌控多少个陀螺呢？我想，你一定会如韩信一般自信地回答道：多多益善。日子长了，打陀螺便可以达到炉火纯青的地步，蒙着眼打陀螺也不在话下。打陀螺可以独个儿玩，也可以多人玩。一个人玩是锻炼，多人玩就可以竞赛，总之其乐无穷也！
记得20世纪80年代中期，我还在市肉联厂子弟学校读小学，那时候与我同班的小伙伴们几乎人手一个陀螺。冬季课间10分钟，打陀螺不可或缺。稍稍运动后，身体便迅速暖和起来。那种感觉真棒。小学6年之中，许多事已记不清了，可是打陀螺的画面依然清晰、生动。
如今，人到中年的我，工作之余喜欢在小区的空地上打陀螺。因此，还结识了几位“陀友”，其中一位是年过七旬的老中医，老人家鹤发童颜、精神矍铄。他的陀螺真是个“庞然大物”，比其他普通陀螺的体积大好几倍，可老人家打起陀螺来毫不费力，而且一副很享受的样子。现代医学证实，适当打陀螺对身体很有好处，尤其可以预防肩周炎的发生。由此可知，老中医爱打陀螺不是没有原因的。
随着时间的推移，打陀螺的队伍在不断地壮大。周日下午，“陀友”们会自发组织在一起打陀螺，大家嘻嘻哈哈的说笑声与树上鸟儿的鸣叫声，合成了一首美妙、和谐的“欢乐颂”。
这真是，陀螺在手，健康就有；陀螺飞舞，拥抱幸福。
快快乐乐抽陀螺 篇7
现在陀螺的品种比我少年时玩的陀螺品种多多了, 有底部带钢珠的陀螺, 有底部不带钢珠的陀螺, 当然底部带钢珠的陀螺比较好。因为带钢珠的陀螺底部光滑, 转得快、转得欢、转得时间长。有带图案的陀螺, 经过抽打陀螺旋转起来特别好看、漂亮、五颜六色非常美观。有带彩色发光的陀螺, 用这种陀螺在晚上天黑以后运动锻炼能招引很多人观看, 因为这种陀螺能发出色彩斑斓的光彩。
我儿童时代玩陀螺, 那是陀螺还有一个别名——汉奸。三五成群的小朋友一边抽打陀螺一边唱着儿歌:“抽汉奸, 大汉奸, 打败小日本, 消灭狗汉奸。”大家边抽打陀螺边唱儿歌边哄堂大笑。
陀螺除了强身健体外还可以作为竞技运动项目, 在运动中争名次。比如, 两人同时抽打陀螺, 计算好时间, 每人只抽一鞭子, 看谁的陀螺旋转的时间长, 长者为优胜。还有一种竞技方法, 首先确定参赛人员的站立位置, 在此位置五米或十米画一个1.5米直径的圆圈作为靶子, 参赛者站到站立位置, 用非常结实的绳子或鞭子将陀螺绕紧, 然后使劲拉绳子或鞭子同时将陀螺抛向五米或十米的圆圈靶子, 如果第一个参赛者的陀螺被抛到靶子中旋转那么第一个参赛者可得10分。第二个参赛者把陀螺抛向圆圈靶子的同时打第一个参赛者的陀螺, 如果把第一个参赛者的陀螺撞击出圆圈靶子, 那么就得到20分, 如果没有打中就不得分。由此类推, 得分高者为胜。
总之抽打陀螺是一项趣味性的竞技运动, 可以使人强身、可以使人愉快, 现在成年人、老年人抽打陀螺的兴趣正在越来越高。
编后语
惊心动魄的陀螺大赛 篇8
星期天,我到县体育场,参加了一场惊心动魄的陀螺大赛。
一到体育场,那里已聚集了很多人,其中有我班的几个同学。比赛就要开始了,有的人在装刀片,有的人将陀螺按在暴旋发射器上,有的人已经摆好了姿势,好像随时都要开始一样。“准备比赛了。”一位阿姨说,“3,2,1,发射!”眨眼间,各式各样的陀螺同时从发射器上“跳”下来,叮叮当当得响个不停,如同一场欢乐的音乐会。黄的,紫的,绿的……各种颜色的陀螺在猛烈地撞击,你跑我追,你追我赶,不相上下,如同一头头猛兽,战斗着……
这时,一个穿着红衣服的小男孩,拿着一个“战斗机”陀螺,他一发射,陀螺就猛烈地转着,一连撞到了好几个对手。最后,只剩下我们两个了,“战斗机”猛地向我撞来,我的陀螺灵巧的一闪,“战斗机”撞“墙”上了,晃晃悠悠地慢慢地倒了。我最终获得了胜利。
这真是一场惊心动魄的陀螺大赛。
光纤陀螺“死区”测试分析与建模 篇9
与激光陀螺相比,干涉式FOG的优点之一是敏感原理上不存在闭锁[1,2],和其它无源光学系统一样,干涉式FOG的理论灵敏度受光子散粒噪声限制[2]。大功率宽谱半导体光源技术的进步,使得光纤陀螺具有很高的理论灵敏度,国外已有噪声水平(ARW,随机游走系数)达0.000 03(deg/h)/(Hz)1/2样机的报道[3]。
全数字闭环光纤陀螺是中高精度光纤陀螺的主流方案,对保证光纤陀螺精度而言,被视为与光路最小互易结构同等重要[1]。然而,对闭环光纤陀螺检测电路而言,面临的一大挑战是对调制信号干扰的抑制,否则干扰引入的“死区”(dead zone)有可能大到10deg/h[4,5,6]。法国i XSea公司已将信号处理电路对干扰的抑制技术连同大功率宽谱光源技术、高消光比集成光学调制器技术并列为其高精度光纤陀螺的三大关键技术[1]。
本文在相同的硬件平台上,首先采用开环方案测量了开环陀螺的“死区”,在不改动任何硬件和参数的条件下改为闭环方案,测量了闭环光纤陀螺的“死区”。从干扰的角度,两种测量的区别在于闭环状态时,检测电路中除了有相位偏置调制的方波,还有幅度逐渐增加的数字阶梯波。在集成光学调制器上加两种信号:偏置方波信号和固定台阶高度数字阶梯波信号进行光纤陀螺开环状态测量,获得开环偏置信号与数字阶梯波总高度的关系,并据此建立开环干扰模型。两种检测状态虽然阶梯波成因不同,但对激发干扰而言是等价的,基于此将开环干扰模型改造成闭环干扰模型。对模型进行了分析和仿真,并与实验曲线比对,从闭环检测角度提出了闭环光纤陀螺“死区”现象成因的新观点。
2 测试分析
图1为目前中高精度光纤陀螺采用的全数字闭环方案[2]。本文讨论的闭环检测基于方波偏置调制和阶梯波反馈调制。其中方波调制从信号处理的角度是为了减小低频噪声和提高灵敏度,数字阶梯波调制是为了抵消转动引起的相移,它们被驱动电路转换成等值的模拟信号,作用于集成光学调制器。本文讨论的开环检测在此闭环检测方案上修改而来,即在图1的基础上取消阶梯波反馈。因为要考察反馈通道的引入对干扰的影响,所以两种测量方式采用的光路、硬件电路、参数及它们的安装方式都相同。
对某一中精度光纤陀螺实验样机进行了“死区”的测试,开环状态“死区”范围小于0.1 deg/h,闭环状态测试结果如图2所示,“死区”范围等于1.53 deg/h。
可以看到在进入“死区”前,输出噪声有一个缓慢增大的过程;在出“死区”后,噪声有一个缓慢减小的过程,在“死区”范围内,输出噪声最小。
如上文所述,采用了和文献[4]相同的开环测试方法。和通常意义上的开环不同之处是阶梯波人为地按一定速率缓慢以1比特位增加,复位一次的周期大约为3.5 h。试验样机的一组典型测试曲线如图3所示。
阶梯波缓慢增加的原因是要保证在绝大部分解调时间内阶梯波的幅值不发生变化,从而不影响相干解调值。计算陀螺开环输出及固定阶梯波电压的线性相关性,其相关系数为0.97,开环偏置变化1.43deg/h。
3 模型建立
开环测试考察的是干扰的综合效应,不深究具体物理环节。为了模型转换的方便,不妨假设干扰在A/D转换器前引入,这对从检测的角度表达阶梯波的高度及其引起的输出变化之间的关系已经足够。引入该干扰通道的开环光纤陀螺方块图(与图1相对应)如图4所示,图中干扰的相位根据相干系数的符号取为正。
考虑实际闭环工作条件,上述开环测试中阶梯波发生器的输出电压由反馈调制相位对应的电压积分形成,干扰特性与开环时相同,则存在干扰通道的闭环光纤陀螺方块图如图5所示。
对比图4和图5,除了开环检测时的阶梯波是固定台阶高度,闭环检测的阶梯波是反馈形成的,由前述硬件状态完全相同,可以认为干扰耦合系数不发生变化。参考文献7的数字闭环光纤陀螺简化框图,增加一个干扰通道,如图6所示。
在前向通道中,由输入角速度引起的SAGNAC相位差简化为比例环节K1,光电转换和前放综合为比例环节K2,不考虑A/D转换器量化误差,A/D转换器简化为比例环节K3,解调环节简化为比例环节K4,积分环节用离散传递函数表示。反馈通道中累加形成数字阶梯波由D/A转换器转换成模拟信号,引起的相位差用比例环节K5加零阶保持器表示。K6即是由开环测得的干扰耦合系数。实际工作过程中,D/A转换器的位数有限,数字累加过程中当台阶高度为正时将发生上溢出,当台阶高度为负时将发生下溢出。由光纤陀螺的检测原理可以知道,当D/A全码时对应的模拟电压等于集成光学器件的2π电压时,不影响正常的反馈[2]。但是,由于干扰通道的存在,反馈阶梯波的复位将引入非线性效应。
4 模型分析
为进一步简化分析,将图6所示的框图抽象到连续域[8,9],合并相关环节建立如图7所示系统结构图。图中K_SAG相当于图6中的K1,K0为前向通道增益,K1为干扰耦合系数(含义为D/A输出最低有效位时干扰等效的SAGNAC相移),相当于图6的K6,K2为原闭环反馈系数,则:
状态方程:
式中n为D/A的位数。先假设式(4)成立,则非线性模型退化为二阶线性系统模型。针对阶跃输入U,求解可得:
式中:A为阶跃输入幅度,分两种情况讨论:
上成立,即阶梯波不复位。从式(5)可以看出只要满足:
则y(∞)=0,即陀螺在“死区”。式(6)的含义为当输入角速度的幅值对应的Sagnac相移小于D/A输出全码引起的干扰等效的SAGNAC相移时,陀螺在“死区”。
2)式(6)取等号时对应的A值为临界值,当输入幅值大于临界值时,│x2(t)│<2n在t∈[0,∞]上不成立,即阶梯波复位。此时系统在复位前后仍然满足状态方程式(1),可以以复位点为起点重复1)分析过程,只需修改初始状态方程(3),使得x1的初值等于上一次复位瞬间x1的值。
考虑到图6表示的模型是离散的积分复位闭环控制模型,精确的解析分析比较复杂,采取较精确计算机建模仿真方法[7]分析干扰通道对光纤陀螺输出的影响。图6中参数K1、K2、K3、K4、K5根据实验样机设计参数计算得到,K6由开环测试得到(由图3计算可得为1.43K_SAG/2n)。
图8和图9分别为反馈阶梯波仿真波形和陀螺输出仿真波形。由图8可以看出输入角速度小于式(6)决定的临界值时(仿真时设置为临界值减去0.1deg/h),输入被干扰抵消,阶梯波台阶高度为零,阶梯波高度不再增加,故不复位。当输入角速度等于临界值时,由于延时环节的存在,阶梯波虽然复位,但复位周期长达几十秒且存在明显的非线性。当输入角速度大于临界值时(仿真时设置为临界值加上0.1deg/h),越靠近反馈阶梯波复位点,干扰越大,阶梯波台阶高度越小,阶梯波高度增加越缓慢。
由图9可以看出仿真曲线和实验测试曲线吻合得很好,误差部分来自于闭环“死区”测试误差以及开环干扰系数测试误差。当输入角速度在“死区”范围外且靠近“死区”范围时,噪声增大可由图8解释:此时复位周期长,干扰引入的输出变化周期随之增长,落入输出滤波器通带内,反映为噪声。
5 结论
本文从光纤陀螺开环输出零偏与固定阶梯波总高度值线性相关出发,由形成阶梯波电压大小的等效性,忽略干扰传播的物理通道和实际相位,建立了闭环光纤陀螺非线性模型。分析表明,干扰等效输入角速度随闭环反馈阶梯波高度发生线性变化是形成闭环光纤陀螺“死区”现象的因素之一,与以往文献揭示的“死区”特性有所不同[10,11]。为减小光纤陀螺的测量“死区”,干扰传播的具体物理环节及其抑制措施有待进一步研究。
参考文献
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某型导弹陀螺信号模拟研究 篇10
某型导弹在飞行中绕弹轴自旋，固连在弹上的舵机也随之旋转，为了辨别方向，必须规定导弹旋转的相位基准。当陀螺片转到正上方时作为转角零位，导弹每转360°舵片就经过零位一次，每经过零位，导弹就向地面控制箱发出一个陀螺脉冲作为零位基准，控制箱根据零位基准才能形成正确的控制指令[1]。
在检测某型导弹控制箱性能时，由于不能真的发射导弹，所以就必须模拟导弹在飞行过程中产生的陀螺脉冲，以此来作为判断控制箱输出的控制指令正确与否的一个必要条件。由于需要模拟的陀螺脉冲信号频率是不断变化的，以往用分立元件的方法硬件电路复杂，易出错[2]，因此，本文提出了基于直接数字频率合成(DDS)技术的方法来实现。
1 DDS原理和基本结构
DDS的基本原理框图见图1所示，频率控制字K和相位控制字分别控制DDS输出波形的频率和相位。DDS系统的核心是相位累加器，它由一个累加器和一个N为相位寄存器组成。每来一个时钟脉冲，相位寄存器以步长K增加。相位寄存器的输出与相位控制字相加，其结果作为波形查找表的地址。图1中波形查找表由ROM构成，内部存有一个完整周期的波形幅度信息，每个查找表的地址对应波形中0°～360°范围内的一个相位点。查找表把输入的地址信息映射成波形幅度信号，同时输出到数模转换器DAC的输入端，DAC输出的模拟信号经过低通滤波器LPF，可得到一个频谱纯净的波形[3]。
2 陀螺脉冲信号模拟的FPGA实现
陀螺脉冲信号波形如图2所示[1]。
根据文献[4]，测量通道划分时需要模拟一列变周期的陀螺脉冲信号:T1=140ms,T2=151ms,T3=160ms,T4=157ms,T5=151ms,T6=147ms,T7=138ms,T8=130ms,T9=121ms,T10=116ms,T11=113ms。T12=117ms,T13=109ms,T14=109ms，周期允许偏差±1ms，脉冲宽度为10ms±0.5ms，幅度为-5V。此外，测量第三周期预加指令时还需要模拟等周期的T=133.3ms±1ms、幅度为-5V、宽度为10ms±0.5ms的脉冲列。FPGA输入时钟为50MHz，由于所产生的陀螺脉冲信号为ms级，所以将输入时钟频率先经过105分频变为500Hz，周期2ms。由于DDS的精度主要取决于相位寄存器的位数，但是随着相位寄存器的位数的增加，耗费的FP-GA资源也成几何级数增加，因此在满足精度的条件下，相位寄存器位数越少越好，本系统中将其设计为13位。这样，根据公式(3)，DDS频率最小分辨率为0.061Hz;根据公式(4)，DDS输出最高频率为250Hz，可以满足要求。
根据公式(2)，K=To×213/Tc(5)
根据公式(5)计算出K1=117,K2=108,K3=102,K4=104,K5=108,K6=111,K7=119,K8=126,K9=135,K10=141,K11=145,K12=140,K13=150,K14=150,K15=122。
QuartusⅡ7.2环境下，DDS的FPGA设计顶层原理图如图3所示，由于模拟的信号不需要移相操作，所以本设计去掉了相位控制部分。
各模块功能如下:
lpm_rom1模块是定制的rom，里面存放着K1～K14的值，用来输出频率控制字。
lpm_counter0模块是4位加计数器，用来产生lpm_rom1的地址，当一个脉冲输出完后，lpm_counter0进行加1计数，控制lpm_rom1输出下一周期的频率控制字。
lpm_constant0模块用来存放K15的值，用作等频脉冲的频率控制字。
BUSMUX模块是选择器。当sel端为0时，输出变周期脉冲的频率控制字;当sel端为1时，输出等周期脉冲的频率控制字。
lpm_rom0模块是波形数据存储器模块，存放着要输出的波形数据，在本系统中存放的是方波信号波形数据。
DDS系统的核心是相位累加器，它由累加器lpm_add_sub0模块和相位寄存器lpm_dff0模块构成。每来一个时钟脉冲，相位寄存器lpm_dff0以步长K增加，其输出作为波形存储器lpm_rom0的地址，lpm_rom0的输出即为所要求周期的方波信号。
由于lpm_rom0输出的是方波信号，而陀螺脉冲信号为负脉冲信号，所以需要ch模块作转换。由于ch模块的输入时钟周期是2ms，所要求的脉宽为10ms，所以在ch模块中设计一个计数器，当计数器计数值为0～4时，输出高电平，其余值输出低电平，这样就产生了一个脉宽为10ms的正脉冲，经反相器NOT后，由fout端输出所需要的负脉冲。
3 系统仿真
在QuartusⅡ7.2环境下，系统时序仿真图如图4所示，由于按实际时间仿真耗时很长，所以仿真时先不接分频模块，那么要模拟的一列变周期的陀螺脉冲信号各周期为:T1=1400ns,T2=1510ns,T3=1600ns,T4=1570ns,T5=1510ns,T6=1470ns,T7=1380ns,T8=1300ns,T9=1210ns,T10=1160ns,T11=1130ns,T12=1170ns,T13=1090ns,T14=1090ns;另一列是等周期脉冲信号T15=1333ns，周期允许误差10ns。脉宽都为100ns±5ns。
由图4(a)可以清楚地测量出FPGA模拟的十五个不同周期的负脉冲信号的周期，由图4(b)可以测量出负脉宽宽度是100ns，测量结果见表1。
4 结果分析
由表1可知，脉冲周期误差控制在10ns以内，满足设计要求。产生误差的原因一个是采样时钟的频率，另一个是相位寄存器的位数。加快采样频率和增加相位寄存器的位数都能够提高DDS的频率输出精度。此外，如果想模拟的信号不是方波信号，而是正余弦信号、锯齿波信号或者任意波形信号，只需修改lpm_rom0中的波形幅度信息即可。
DDS工作的理想情况为:
(1)相位累加器输出的用于查询表ROM寻址的相位值没有经过舍位。
(2)波形表ROM中所存储的量化波形幅度值用无限长的二进制代码表示。
(3)DAC的分辨率无限大，并且DAC具有理想的数模转换特性。
而DDS不可能工作在上述三种的理想情况下，也就不可避免地产生误差。
此外，DDS的输出频谱在f=nfc±f0时存在离散的谱线，它是由信号和时钟谐波相混频而构成的和频或差频分量，也就是说整个DDS输出信号频谱中镜像残余分量的谱线总是集中在系统时钟频率fc和谐波附近，而在(0,fc/2)之内除了信号的谐波分量外不存在其它的杂散干扰，并且谱线为抽样函数形状[5]。
参考文献
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晨练爱上打陀螺 篇11
那是一个普通的周末，我又在广场上遇见了那位老人，我驻足痴望。老人仿佛看出了我的心思，示意我试两下。我接过老人的长鞭，用绳子绕好陀螺，一抛一抽，陀螺便在地上飞快地旋转起来。当它缓缓慢下来时，再用绳子抽打，给它加速，陀螺得意地跑着，我感觉就好像是在调教着一匹脱缰的野马，真过瘾！
看着这旋转的陀螺，我仿佛又回到了童年时光。对于从小在农村长大的70后的我来说，打陀螺并不陌生。在那个物质匮乏的年代，没有什么玩具，陀螺是农村娃最主要的娱乐项目之一。村口的晒麦场上，小伙伴三五成群，用一拃长、手腕粗的木棍，一头削得尖尖的，呈圆锥状，尖端再钉进去一个小圆珠，陀螺便做好了。再用小木棍绑一条长绳子，一切便大功告成。为了转起来好看，就在陀螺上画几圈环形色彩，转起来就非常好看了。
放学归来，村口最热闹的场景就是小伙伴们玩打陀螺比赛了，那快乐的笑声一直荡漾在我的童年记忆里。没想到这儿时的游戏竟成了现代人的一种锻炼项目，鞭子甩着，陀螺转着，我越打越带劲，一会儿便全身发热，大汗淋漓。
闲谈之中，老人告诉我，打陀螺时，人的膝盖、肩膀、手臂都得用劲儿，几乎全身都要跟着运动。他解释道，中老年人大多有关节炎、肩周炎，打陀螺对他们来说很有帮助，所以越来越多的中老年人打起了陀螺，用左手打，能治疗颈椎；用右手打，能治疗肩周炎，他已经打了3年了。听着老人的介绍，我对打陀螺越来越感兴趣，没有想到这儿时的游戏竟有这么多的健康好处，看来我终于找到了适合自己的运动项目。
现在，每天打陀螺也成了我的必修课，风雨无阻。自从打上陀螺，我的颈椎病大有好转，心情也好多了，还结交了好多“陀友”。如今，在老人的带动下，广场上打陀螺的人越来越多，现已发展到20多人，队伍还在不断壮大，彼此还经常交流经验。
打陀螺，不仅锻炼了身体，增强了体质，而且陶冶了情操，我将会一直坚持下去！
梳齿型石英陀螺模态特性分析 篇12
关键词：石英陀螺,有限元法,模态分析
0 引言
微石英音叉陀螺是一种新型微机械角速度传感器, 具有体积小、成本低、可靠性高等优点, 有广阔的应用前景。微石英音叉陀螺在激励信号作用下产生参考振动, 当沿敏感轴输入角速度时, 在垂直于参考振动的方向上便会出现哥氏惯性力, 从而引起敏感振动, 通过压电效应测量敏感振动就可以知道角速度的大小。微石英音叉陀螺中敏感振动和参考振动的谐振频率间隔是影响其性能 (如灵敏度、带宽) 的主要因素, 两者相差越小陀螺的灵敏度越大, 但也不能过于靠近, 否则会减小工作带宽, 并引起很大的零漂, 所以对微石英音叉陀螺进行模态分析, 选取适当的谐振频率, 是设计阶段的一项重要工作。
1 微石英陀螺的实体建模及其模态特性分析
1.1 实体建模及有限元网格的建立
采用有限元软件COMSOL Multiphysics建立微石英音叉的三维有限元分析模型, 见图1。
实际设计的微型石英音叉的几何尺寸为:音叉总长11 mm, 音叉总宽7 mm, 叉指长6 mm, 叉指宽0.9 mm, 厚度1 mm, 中间叉指间距1.2 mm, 两边叉指间距1.1 mm。网格剖分得到的网格模型共有8 816个单元。
1.2 模态特性分析
用COMSOL Multiphysics对石英陀螺芯片做压电有限元模态分析, 计算得到前十阶模态振型, 见图2。各阶振型频率分别为9 591 Hz、14 814 Hz、18 234 Hz、18 472 Hz、18 889 Hz、19 609 Hz、19 666 Hz、20 096 Hz、44 781 Hz、55 770 Hz。
图2中第一阶、第二阶、第五阶、第八阶、第九阶、第十阶的模态运动处于z轴方向, 而第三阶、第四阶、第六阶、第七阶的模态运动处于x轴方向。第七阶和第八阶模态分别为石英陀螺的驱动模态和感测模态。由图2可以看出, 驱动模态是沿x方向振动 (振动频率为fx) , 而感测模态是沿z方向振动 (振动频率为fz) , 两叉指的振动方向是相反的, 这样当音叉旋转时两叉指产生方向相反的敏感振动。石英陀螺的输出信号是分别位于两叉指上的敏感电极的电荷量之差, 这样就可以使输出的电信号增大一倍, 还可以避免邻近模态的干扰。另外, 一般的外界干扰对两叉指的影响也是相同的, 所以选择第七阶和第八阶模态振型作为驱动模态和感测模态, 可使石英陀螺在恶劣的环境下正常工作。
2 石英陀螺性能模拟分析
2.1 结构尺寸变化时 (安装点、间隔) 对振型的影响
微机械梳齿型石英陀螺的截面如图3所示, 其中A为0.9～1.3, B为1.0～1.5, C为4～7。各参数变化时将对石英陀螺的振型产生影响, 对应有不同的驱动模态和感测模态。两种振动的谐振频率间隔是影响性能 (如灵敏度、带宽) 的主要因素, 频率相差越小陀螺的灵敏度越大, 但也不能过于靠近, 否则会减小工作带宽, 并引起很大的零漂, 这是选择两谐振频率的基本原则。A、B、C变化引起的驱动模态和感测模态的变化分别见表1、表2、表3, 变化关系见图4, 图4中横坐标表示参数的变化范围, 纵坐标表示驱动模态fx和感测模态fz的变化范围。
由表1、表2、表3和图4可以看出, A为0.9或1.3, B为1.0或1.3, C为5.5或7时, 尺寸变化较大, 同时与其他尺寸相比较其感测模态和驱动模态变化较大, 且两种振动的谐振频率间隔要么较大要么较小, 因而不宜采用这些尺寸;对于其他尺寸而言, 从图4上可以看出, 曲线虽有波动但变化不大, 可以根据需要选择合适的尺寸。
2.2 不同的电极配置形式分析
电极配置在外侧的感测音叉上, 图5为两种感测电极的不同配置。
2.2.1 对第一种电极配置的分析
当石英音叉指 (中间的两驱动音叉) 受线性力, 以及有驱动电极存在时, 通过COMSOL Multiphysics软件分析驱动电极上的电荷分布以及电压的大小。本文分析参数B变化时对电荷分布以及电压大小的影响。
(1) 分析参数B变化时电荷的分布情况。
图5 (a) 中左边的正电极为6面 (软件上标识的面) , 右边的正电极为8面, B为1.0时, 6面和8面的电荷分布情况见图6。B为1.1、1.2、1.3、1.5时, 6面和8面的电荷分布情况与B为1.0时相比较, 变化很微小。
(2) 分析参数B变化时电压值的变化情况。
上述电极的配置显示了能测量由z方向弯曲产生的电场的电极配置, 实际上应变的变化是平缓的, 因此从上表面到下表面x方向的电场也是平缓渐变的, 在中心轴的电场是零。将电极置于靠近上表面和下表面位置有利于感应最强电场的区域, 由于只要单独的一对电极就有可能感测到弯曲, 同时有两套电极既加强了信号, 也使得电极对驱动模式的运动不敏感。表4为参数B变化时6面和8面电压值的变化情况。由以上分析及表4可知B为1、1.2、1.3时, 其电压值相对较大, 其电压灵敏度也较高, 因而这几个尺寸对感测弯曲有较高的灵敏性。所以在选用尺寸时, 这几个尺寸可以优先考虑。
2.2.2 对第二种电极配置的分析
将第一种电极的分布整个转过90o后, 得到图5 (b) 所示的第二种电极的分布, 上边的正电极为5面, 下边的正电极为9面。
(1) 分析参数B变化时电荷的分布情况。
参数B为1.0时, 5面和9面的电荷分布情况如图7所示, 参数B为1.1、1.2、1.3、1.5时, 5面和9面的电荷分布情况与B为1.0时相比较, 变化很微小。
(2) 分析参数B变化时电压值的变化情况。
表5为B变化时5面和9面电压值的变化情况, 第二种电极配置的电压值比第一种电极配置有明显的减小, 说明了第一种电极配置的电压灵敏度要高于第二种电极的配置。
同样, 由电荷的分布可知第一种电极配置时的电场强度明显要强于第二种电极配置, 因而对于能测量由z方向弯曲产生的电场的电极配置而言, 第一种电极配置是最有利于感应最强电场的区域。所以第一种电极配置的电荷灵敏度要高于第二种电极的配置。
3 结束语
本文采用现代有限元分析工具COMSOL Multiphysics对微型石英音叉陀螺的振动模态特性进行了分析, 确定了第七阶和第八阶模态为石英陀螺的驱动模态和感测模态, 并通过模拟分析石英音叉的性能, 从而确定了几组较合适的梳齿型石英音叉的几何尺寸, 以及灵敏度较高时的感测电极配置方式。
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