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一種振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差閉環(huán)補(bǔ)償電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差閉環(huán)補(bǔ)償電路，陀螺檢測(cè)信號(hào)經(jīng)放大和濾波后分兩路進(jìn)入同步解調(diào)電路：一路由鎖相環(huán)產(chǎn)生的參考信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，經(jīng)低通濾波后得角速度信號(hào)；另一路由鎖相環(huán)產(chǎn)生的參考信號(hào)相移90度后進(jìn)行解調(diào)，經(jīng)低通濾波后，提取出檢測(cè)信號(hào)中的正交誤差信號(hào)的電壓幅值并經(jīng)過積分電路得到反饋控制電壓；該電壓經(jīng)過單雙轉(zhuǎn)換電路，被驅(qū)動(dòng)檢測(cè)電容調(diào)制到驅(qū)動(dòng)頻率上，產(chǎn)生反饋電流補(bǔ)償檢測(cè)軸方向上的正交位移電流，進(jìn)而消除檢測(cè)信號(hào)中的正交誤差量，最終得到純凈的角速度。本發(fā)明通過反饋補(bǔ)償微陀螺檢測(cè)軸方向上的正交位移電流的方法來消除角速度檢測(cè)環(huán)路中的正交誤差量，實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差的高精度閉環(huán)補(bǔ)償。
【專利說明】一種振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差閉環(huán)補(bǔ)償電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種硅微機(jī)械陀螺正交誤差的消除電路，屬于模擬集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在實(shí)際生產(chǎn)中，由于加工微機(jī)械陀螺儀的微細(xì)加工技術(shù)的非完善性，會(huì)給微陀螺帶來誤差，主要有驅(qū)動(dòng)電容不匹配引起的耦合誤差，驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)軸不垂直帶來的正交誤差等，其中正交誤差是微機(jī)械陀螺信號(hào)檢測(cè)的主要誤差源，它與角速度包絡(luò)信號(hào)頻率相同、相位相差90度，對(duì)于一般的運(yùn)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(dòng)式微陀螺性能，必須消除正交誤差的影響。
[0003]目前有關(guān)消除正交誤差影響的電路，大都采用對(duì)檢測(cè)輸出進(jìn)行同步解調(diào)的方法。同步解調(diào)方法選取微陀螺的檢測(cè)位移信號(hào)與驅(qū)動(dòng)位移信號(hào)經(jīng)移相所得的參考信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算再經(jīng)由低通濾波得到。然而由于現(xiàn)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(huì)發(fā)生變化。因此采用傳統(tǒng)的同步解調(diào)方法時(shí)，輸出結(jié)果中仍有較大的正交誤差殘余量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差閉環(huán)補(bǔ)償電路。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種反饋補(bǔ)償微陀螺檢測(cè)軸方向上的正交位移電流的方法來消除角速度檢測(cè)環(huán)路中的正交誤差電壓，即在傳統(tǒng)的角速度同步解調(diào)電路中加入了增加了一個(gè)解調(diào)模塊、單雙轉(zhuǎn)`換電路和增加陀螺驅(qū)動(dòng)軸上的一組電容Cl和C2(位置等同于驅(qū)動(dòng)檢測(cè)電容)來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差的閉環(huán)補(bǔ)償。
[0006]一種振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差閉環(huán)補(bǔ)償電路，其特征是，
[0007]微機(jī)械陀螺傳感器檢測(cè)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(qū)動(dòng)諧振頻率，t為時(shí)間，Ωζ為角速度；
[0010]設(shè)Y為檢測(cè)軸方向，X1為驅(qū)動(dòng)軸方向，兩者偏離垂直方向的角度為β ;當(dāng)質(zhì)量塊M受到靜電驅(qū)動(dòng)力Fsin(Odt)在X1方向諧振后，如果同時(shí)以角速度02繞2軸旋轉(zhuǎn)，則M因受科氏力作用而在Y1方向諧振，則Y1與檢測(cè)軸Y偏離角度為β ;
[0011]陀螺檢測(cè)位移電流i(t)經(jīng)過電荷放大器、多級(jí)線性放大電路后，經(jīng)中心頻率為驅(qū)動(dòng)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(jìn)入同步解調(diào)電路:其中一路由鎖相環(huán)產(chǎn)生的參考信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，該參考信號(hào)的相位與驅(qū)動(dòng)模態(tài)信號(hào)相差90度，經(jīng)過低通濾波后得角速度Ωζ ;另一路由鎖相環(huán)產(chǎn)生的與驅(qū)動(dòng)模態(tài)同頻同相位的參考信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，經(jīng)低通濾波后，提取出電壓vin (t)中正交誤差信號(hào)的電壓幅值并經(jīng)過積分電路得到反饋控制電壓Vquad ;該電壓經(jīng)過單雙轉(zhuǎn)換電路，被驅(qū)動(dòng)檢測(cè)電容調(diào)制到頻率sin (ω dt)上，反饋補(bǔ)償檢測(cè)軸Y方向上的正交位移電流，進(jìn)而消除電壓vin (t)中的正交誤差電壓量，最終解調(diào)得到純凈的角速度。
[0012]檢測(cè)輸出電壓vin⑴表示為:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差閉環(huán)補(bǔ)償電路，其特征是， 微機(jī)械陀螺傳感器檢測(cè)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(qū)動(dòng)諧振頻率，t為時(shí)間，Ω Z為角速度； 設(shè)Y為檢測(cè)軸方向，X1為驅(qū)動(dòng)軸方向，兩者偏離垂直方向的角度為β ;當(dāng)質(zhì)量塊M受到靜電驅(qū)動(dòng)力Fsin(Odt)在X1方向諧振后，如果同時(shí)以角速度02繞2軸旋轉(zhuǎn)，則M因受科氏力作用而在Y1方向諧振，則Y1與檢測(cè)軸Y偏離角度為β ； 陀螺檢測(cè)位移電流i(t)經(jīng)過電荷放大器、多級(jí)線性放大電路后，經(jīng)中心頻率為驅(qū)動(dòng)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(jìn)入同步解調(diào)電路:其中一路由鎖相環(huán)產(chǎn)生的參考信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，該參考信號(hào)的相位與驅(qū)動(dòng)模態(tài)信號(hào)相差90度，經(jīng)過低通濾波后得角速度Ωζ ;另一路由鎖相環(huán)產(chǎn)生的與驅(qū)動(dòng)模態(tài)同頻同相位的參考信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，經(jīng)低通濾波后，提取出電壓vin (t)中正交誤差信號(hào)的電壓幅值并經(jīng)過積分電路得到反饋控制電壓Vquad ;該電壓經(jīng)過單雙轉(zhuǎn)換電路，被驅(qū)動(dòng)檢測(cè)電容調(diào)制到頻率sin (ω dt)上，反饋補(bǔ)償檢測(cè)軸Y方向上的正交位移電流，進(jìn)而消除電壓vin (t)中的正交誤差電壓量，最終解調(diào)得到純凈的角速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差閉環(huán)補(bǔ)償電路，其特征是， 檢測(cè)輸出電壓vin (t)表示為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差閉環(huán)補(bǔ)償電路，其特征是， 鎖相環(huán)產(chǎn)生2路解調(diào)參考信號(hào):角速度解調(diào)參考信號(hào)(308(?(^+(^)和正交誤差解調(diào)參考信號(hào)sin(codt+<i)), Φ為二階系統(tǒng)傳遞的理論相移。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差閉環(huán)補(bǔ)償電路，其特征是，檢測(cè)輸出電壓vin (t)經(jīng)鎖相環(huán)產(chǎn)生角速度解調(diào)參考信號(hào)Cos(COdt-Cj5)進(jìn)行解調(diào)，經(jīng)低通濾波后的信號(hào)為:

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差閉環(huán)補(bǔ)償電路，其特征是，鎖相環(huán)產(chǎn)生的正交誤差解調(diào)參考信號(hào)Ηη(ωΑ+Φ)，經(jīng)解調(diào)和低通濾波后得:

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的振動(dòng)式硅微機(jī)械陀螺正交誤差閉環(huán)補(bǔ)償電路，其特征是，提取出電壓vin(t)中正交誤差信號(hào)的電壓幅值經(jīng)過積分電路得到反饋控制電壓V ,- 反饋電流補(bǔ)償?shù)牟襟E為: 設(shè)驅(qū)動(dòng)軸X1的驅(qū)動(dòng)靜電力為Fsin (ω dt)，驅(qū)動(dòng)方向的位移X1，根據(jù)經(jīng)典的二維自由度運(yùn)動(dòng)方程，當(dāng)陀螺在X1方向諧振后:
【文檔編號(hào)】G01C19/5776GK103822623SQ201410074446
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)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(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第二一四研究所蘇州研發(fā)中心