一種振動式硅微機械陀螺正交誤差閉環補償電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種振動式硅微機械陀螺正交誤差閉環補償電路，陀螺檢測信號經放大和濾波后分兩路進入同步解調電路：一路由鎖相環產生的參考信號進行解調，經低通濾波后得角速度信號；另一路由鎖相環產生的參考信號相移90度后進行解調，經低通濾波后，提取出檢測信號中的正交誤差信號的電壓幅值并經過積分電路得到反饋控制電壓；該電壓經過單雙轉換電路，被驅動檢測電容調制到驅動頻率上，產生反饋電流補償檢測軸方向上的正交位移電流，進而消除檢測信號中的正交誤差量，最終得到純凈的角速度。本發明通過反饋補償微陀螺檢測軸方向上的正交位移電流的方法來消除角速度檢測環路中的正交誤差量，實現了振動式硅微機械陀螺正交誤差的高精度閉環補償。
【專利說明】一種振動式硅微機械陀螺正交誤差閉環補償電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種硅微機械陀螺正交誤差的消除電路，屬于模擬集成電路【技術領域】。
【背景技術】
[0002]在實際生產中，由于加工微機械陀螺儀的微細加工技術的非完善性，會給微陀螺帶來誤差，主要有驅動電容不匹配引起的耦合誤差，驅動和檢測軸不垂直帶來的正交誤差等，其中正交誤差是微機械陀螺信號檢測的主要誤差源，它與角速度包絡信號頻率相同、相位相差90度，對于一般的運算放大器或者濾波器很難將其濾除，而其大小將直接影響到陀螺儀的零位輸出以及溫度漂移。因此為了提高振動式微陀螺性能，必須消除正交誤差的影響。
[0003]目前有關消除正交誤差影響的電路，大都采用對檢測輸出進行同步解調的方法。同步解調方法選取微陀螺的檢測位移信號與驅動位移信號經移相所得的參考信號進行乘法運算再經由低通濾波得到。然而由于現有模擬集成電路中移相電路的精度限制以及電路中電子元件輸出漂移的影響，移相角度通常會發生變化。因此采用傳統的同步解調方法時，輸出結果中仍有較大的正交誤差殘余量。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種振動式硅微機械陀螺正交誤差閉環補償電路。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提出了一種反饋補償微陀螺檢測軸方向上的正交位移電流的方法來消除角速度檢測環路中的正交誤差電壓，即在傳統的角速度同步解調電路中加入了增加了一個解調模塊、單雙轉`換電路和增加陀螺驅動軸上的一組電容Cl和C2(位置等同于驅動檢測電容)來實現振動式硅微機械陀螺正交誤差的閉環補償。
[0006]一種振動式硅微機械陀螺正交誤差閉環補償電路，其特征是，
[0007]微機械陀螺傳感器檢測位移電流i(t)表示為正交位移電流i_d(t)和科氏力位移
電流Icorioiis W的線性相加:
[0008]i (t) =iquad (t) +icoriolis (t) =i,d*sin (ω dt) +icoriolis* Ω z*cos (ω dt)(I)
[0009]其中，iquad是i_d(t)的幅值山_&是Uritjlis⑴的幅值；ω d為驅動諧振頻率，t為時間，Ωζ為角速度；
[0010]設Y為檢測軸方向，X1為驅動軸方向，兩者偏離垂直方向的角度為β ;當質量塊M受到靜電驅動力Fsin(Odt)在X1方向諧振后，如果同時以角速度02繞2軸旋轉，則M因受科氏力作用而在Y1方向諧振，則Y1與檢測軸Y偏離角度為β ;
[0011]陀螺檢測位移電流i(t)經過電荷放大器、多級線性放大電路后，經中心頻率為驅動諧振頻率Od的帶通濾波電路濾波，濾波后的電壓Vin(t)分兩路進入同步解調電路:其中一路由鎖相環產生的參考信號進行解調，該參考信號的相位與驅動模態信號相差90度，經過低通濾波后得角速度Ωζ ;另一路由鎖相環產生的與驅動模態同頻同相位的參考信號進行解調，經低通濾波后，提取出電壓vin (t)中正交誤差信號的電壓幅值并經過積分電路得到反饋控制電壓Vquad ;該電壓經過單雙轉換電路，被驅動檢測電容調制到頻率sin (ω dt)上，反饋補償檢測軸Y方向上的正交位移電流，進而消除電壓vin (t)中的正交誤差電壓量，最終解調得到純凈的角速度。
[0012]檢測輸出電壓vin⑴表示為:
[0013]
【權利要求】
1.一種振動式硅微機械陀螺正交誤差閉環補償電路，其特征是， 微機械陀螺傳感器檢測位移電流i(t)表示為正交位移電流i_d(t)和科氏力位移電流icoriolis ⑴的線性相加:
? ⑴=Iquad ⑴ +icorioiis ⑴=iqUad*sin (ω dt) +icoriolis* Ω z*cos (ω dt)(I) 其中，Iquad是iQUad⑴的幅值山_&是Uriolis⑴的幅值；Od為驅動諧振頻率，t為時間，Ω Z為角速度； 設Y為檢測軸方向，X1為驅動軸方向，兩者偏離垂直方向的角度為β ;當質量塊M受到靜電驅動力Fsin(Odt)在X1方向諧振后，如果同時以角速度02繞2軸旋轉，則M因受科氏力作用而在Y1方向諧振，則Y1與檢測軸Y偏離角度為β ； 陀螺檢測位移電流i(t)經過電荷放大器、多級線性放大電路后，經中心頻率為驅動諧振頻率的帶通濾波電路濾波，濾波后的電壓vin(t)分兩路進入同步解調電路:其中一路由鎖相環產生的參考信號進行解調，該參考信號的相位與驅動模態信號相差90度，經過低通濾波后得角速度Ωζ ;另一路由鎖相環產生的與驅動模態同頻同相位的參考信號進行解調，經低通濾波后，提取出電壓vin (t)中正交誤差信號的電壓幅值并經過積分電路得到反饋控制電壓Vquad ;該電壓經過單雙轉換電路，被驅動檢測電容調制到頻率sin (ω dt)上，反饋補償檢測軸Y方向上的正交位移電流，進而消除電壓vin (t)中的正交誤差電壓量，最終解調得到純凈的角速度。
2.根據權利要求1所述的振動式硅微機械陀螺正交誤差閉環補償電路，其特征是， 檢測輸出電壓vin (t)表示為:
3.根據權利要求2所述的振動式硅微機械陀螺正交誤差閉環補償電路，其特征是， 鎖相環產生2路解調參考信號:角速度解調參考信號(308(?(^+(^)和正交誤差解調參考信號sin(codt+<i)), Φ為二階系統傳遞的理論相移。
4.根據權利要求3所述的振動式硅微機械陀螺正交誤差閉環補償電路，其特征是，檢測輸出電壓vin (t)經鎖相環產生角速度解調參考信號Cos(COdt-Cj5)進行解調，經低通濾波后的信號為:
5.根據權利要求3所述的振動式硅微機械陀螺正交誤差閉環補償電路，其特征是，鎖相環產生的正交誤差解調參考信號Ηη(ωΑ+Φ)，經解調和低通濾波后得:
6.根據權利要求3所述的振動式硅微機械陀螺正交誤差閉環補償電路，其特征是，提取出電壓vin(t)中正交誤差信號的電壓幅值經過積分電路得到反饋控制電壓V ,- 反饋電流補償的步驟為: 設驅動軸X1的驅動靜電力為Fsin (ω dt)，驅動方向的位移X1，根據經典的二維自由度運動方程，當陀螺在X1方向諧振后:
【文檔編號】G01C19/5776GK103822623SQ201410074446
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月3日 優先權日:2014年3月3日
【發明者】白濤, 武鳳芹, 龍善麗, 賀克軍, 唐興剛, 王麗麗, 童紫平, 張紫乾, 喬志斌, 吳傳其, 王麗 申請人:中國兵器工業集團第二一四研究所蘇州研發中心
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