用於微機械陀螺的正交誤差處理方法及裝置的製作方法

2023-06-26 02:58:56

專利名稱：用於微機械陀螺的正交誤差處理方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及微機械陀螺的信號處理方法及裝置，具體涉及用於消除振動式微機械陀螺正交誤差、為高性能微機械陀螺的研製提供技術支持的正交誤差處理方法及裝置。
背景技術：
微機械陀螺是測量物體相對慣性空間旋轉運動的裝置，是慣性制導系統必不可少的角速度敏感元件，微機械陀螺的輸出信號經放大、校正、功率放大後，用於驅動載體或平臺執行機構進行穩定控制和導航控制。微機械陀螺的微結構採用體矽或表面矽加工エ藝製作而成，通過將驅動端的振動利用哥氏カ耦合到敏感端來檢測角速度。但是，由於微機械陀螺的加工尺寸很小(通常為微米量級)，在現有條件下很難控制其加工精度。如圖I所示，由於エ藝限制和加工誤差，使得檢測質量塊的質心運動軌跡不能與理想驅動軸線重合，導致檢測軸與驅動軸不能完全垂直，假設夾角為e，從而驅動模態將部分弾性力耦合到敏感模態，造成陀螺在無角速度輸入時，仍對敏感端施加了較大的振動カ信號，影響敏感輸出。假設驅動軸激勵電壓為Ftl = X0sin(coxt)，當沒有角速度輸入，諧振狀態時檢測質量塊沿驅動軸和檢測軸方向的位移分別為X = XciCOS Oxt) cos ( e ), Y1 = X0cos (wxt) sin (e ノ。當有角速度Q輸入，有效哥氏加速度和輸出軸方向上的振動位移的特解分別為 acoriolis = 2xX Q = 2X0Q w cos (wxt) cos ( e )，y2 = E0sin(wxt+) cos ( e ),其中 E0 為常數，且Etl正比於Q o在微機械陀螺正常工作狀態下，檢測輸出軸方向上的振動位移y = Y^y2 = X0Cos (wxt) sin ( e ) +E0sin (co xt+ 小)cos ( e )其中yi就是通常提到的正交誤差所引起檢測軸的振動位移。因此，為了提高微機械陀螺性能，必須將正交誤差對振動位移的影響消除。目前常用的正交誤差消除辦法為輸出信號同步解調法。輸出信號同步解調法採用一次解調後得到的與驅動信號相近的信號作為參考信號，對一次解調後得到的微陀螺的輸出信號進行同步解調。解調後輸出
權利要求
1.一種用於微機械陀螺的正交誤差處理方法，其特徵在於其實施步驟如下1)對微機械陀螺施加驅動載波信號和檢測載波信號；2)獲取微機械陀螺的輸出信號井分別進行一次解調獲得驅動信號和檢測信號；3)調整驅動信號的放大增益，將放大後的驅動信號和檢測信號進行減法運算後輸出， 同時提取所述減法運算輸出信號的幅值模擬量，根據所述幅值模擬量閉環調整驅動信號的放大增益。
2.根據權利要求I所述的用於微機械陀螺的正交誤差處理方法，其特徵在於所述步驟 3)中根據幅值模擬量閉環調整驅動信號的放大增益具體是指將所述減法運算輸出信號進行移相獲得移相信號，將所述移相信號進行整流後獲得幅值模擬量，然後將幅值模擬量輸出至PID控制器並通過所述PID控制器閉環調整所述驅動信號的放大增益。
3.根據權利要求2所述的用於微機械陀螺的正交誤差處理方法，其特徵在於所述將移相信號整流具體是指將所述移相信號進行反向獲得反向移相信號，將所述反向移相信號和原始移相信號共同作為開關晶片的輸入信號，同時將驅動信號依次經過90度移相、方波轉換後作為開關晶片的控制信號，通過所述控制信號控制開關晶片對輸入信號進行整流獲得幅值模擬量。
4.根據權利要求I或2或3所述的用於微機械陀螺的正交誤差處理方法，其特徵在於 所述步驟2)中進行一次解調獲得驅動信號和檢測信號具體是指對輸出信號進行放大、濾波後，根據驅動載波信號進行一次解調獲得驅動信號，根據檢測載波信號進行一次解調獲得檢測信號，井分別對得到的驅動信號和檢測信號進行濾波、放大後輸出。
5.一種用於微機械陀螺的正交誤差處理裝置，包括具有驅動信號輸出端和檢測信號輸出端的同步解調単元(I)，其特徵在於還包括用於調整驅動信號放大增益的自動增益控制模塊(2)、減法器(3)和用於獲取最終輸出檢測信號幅值的輸出幅值獲取単元(4)，所述同步解調単元(I)的驅動信號輸出端通過自動增益控制模塊(2)與減法器(3)的輸入端相連，所述同步解調單元(I)的檢測信號輸出端與減法器(3)的輸入端相連，所述輸出幅值獲取単元(4)的輸入端與所述減法器(3)的輸出端相連，所述輸出幅值獲取単元(4)的輸出端與自動增益控制模塊⑵的控制端相連。
6.根據權利要求5所述的用於微機械陀螺的正交誤差處理裝置，其特徵在於所述輸出幅值獲取単元(4)包括第一移相器(41)、用於整流的開關解調模塊(42)和用於閉環控制所述自動增益控制模塊(2)的PID控制器(43)，所述第一移相器(41)、開關解調模塊(42)、 PID控制器(43)依次相連，所述第一移相器(41)的輸入端與所述減法器(3)的輸出端相連，所述PID控制器(43)的輸出端與自動增益控制模塊(2)的控制端相連。
7.根據權利要求6所述的用於微機械陀螺的正交誤差處理裝置，其特徵在於所述開關解調模塊(42)包括第二移相器(421)、方波轉換器(422)、反向器(423)、開關晶片(424) 和低通濾波器(425)，所述開關晶片(424)的一個輸入端通過反向器(423)與減法器(3)的輸出端相連，所述開關晶片(424)的另ー個輸入端直接與減法器(3)的輸出端相連，所述開關晶片(424)的控制端依次通過方波轉換器(422)、第二移相器(421)與所述同步解調單元 ⑴的驅動信號輸出端相連，所述開關晶片(424)的輸出端通過低通濾波器(425)與PID控制器(43)的輸入端相連。
8.根據權利要求7所述的用於微機械陀螺的正交誤差處理裝置，其特徵在於所述方波轉換器(422)為過零比較器。
9.根據權利要求5所述的用於微機械陀螺的正交誤差處理裝置，其特徵在於所述自動增益控制模塊(2)為壓控放大器。
10.根據權利要求5 9中任意一項所述的用於微機械陀螺的正交誤差處理裝置，其特徵在於所述同步解調單元(I)包括信號放大單元(11)、驅動信號發生單元(12)和檢測信號發生單元(13)，所述信號放大單元(11)包括串接的電荷放大器(111)和第一濾波放大器 (112)，所述電荷放大器(111)的輸入端與微機械陀螺的輸出端相連；所述驅動信號發生單元(12)包括第一乘法器(122)、第二濾波放大器(123)和驅動載波發生器(121)，所述驅動載波發生器(121)、第一濾波放大器(112)分別與第一乘法器(122)的輸入端相連，所述第 ニ濾波放大器(123)的輸入端與第一乘法器(122)的輸出端相連、輸出端作為同步解調單元(I)的驅動信號輸出端；所述檢測信號發生單元(13)包括第二乘法器(132)、第三濾波放大器(133)和檢測載波發生器(131)，所述檢測載波發生器(131)、第一濾波放大器(112) 分別與第二乘法器(132)的輸入端相連，所述第三濾波放大器(133)的輸入端與第二乘法器(132)的輸出端相連、輸出端作為同步解調單元(I)的檢測信號輸出端。
全文摘要
本發明公開了一種用於微機械陀螺的正交誤差處理方法及裝置，方法步驟如下1)對微機械陀螺施加驅動載波信號和檢測載波信號；2)獲取微機械陀螺的輸出信號並分別進行一次解調獲得驅動信號和檢測信號；3)調整驅動信號的放大增益，將放大後的驅動信號和檢測信號進行減法運算後輸出，同時提取所述減法運算輸出信號的幅值模擬量，根據所述幅值模擬量閉環調整驅動信號的放大增益；裝置包括同步解調單元、自動增益控制模塊、減法器和輸出幅值獲取單元，輸出幅值獲取單元的輸入端與減法器的輸出端相連、輸出端與自動增益控制模塊的控制端相連。本發明能夠精確消除正交誤差、提高微機械陀螺輸出性能，具有體積小、重量低、成本低、功耗小的優點。
文檔編號G01C19/5726GK102607546SQ201210057358
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月6日 優先權日2012年3月6日
發明者侯佔強, 劉學, 吳學忠, 張旭, 肖定邦, 胡小平, 蘇劍彬, 陳志華 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學