一种mems陀螺静电平衡电压值的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种静电平衡电压值的确定方法，特别是一种MEMS陀螺静电平衡电 压值的确定方法，适用于环形MEMS陀螺电路非理想结构的调整。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着MEMS技术的发展，微机械陀螺仪以其体积小、功耗低、精度高等优点 越来越受到人们的关注，在民用消费领域、航空航天以及现代国防领域具有广泛的应用前 旦 -5^ 〇
[0003] 然而，在微机械加工过程中，误差的存在不可避免。加工误差会引起结构的非理 想性（主要包括质量和弹性的非理想性），造成两个模态的频率不相等，进而导致信噪比降 低，并产生较大的零点漂移，影响精度无法满足系统测试要求。因此，研究静电平衡调整方 法具有重要的实际意义。传统调整方法有激光平衡法，即通过对硅谐振环上不均匀处进行 激光打平和粘附来修复这种非理想性，但该方法成本高，最小单位材料的消除和粘附都会 引起谐振频率很大程度的改变，所以调整精度不是很高，并且容易造成不可恢复的损坏。
[0004] 目前主要是增加调整电极，通过静电力的方法改变谐振环的有效弹性系数来弥补 结构上的非理想性。虽然已有方法给出了用静电力调整陀螺仪的不等弹力，也给出了较详 尽的分析调整过程，通过频率响应函数的奈奎斯特图来求得结构非理想参数，并给出了电 压的表达式，然而该方法实验环节较薄弱，理论指导公式只适合调整电极特定的排列顺序， 同时对测试设备要求较高，要用到网络动态信号分析仪来测试系统的奈奎斯特图，成本较 高，并且该推导公式适用于表头，未必适用于将表头、ASIC以及单片机为一体的陀螺电路， 使用范围较窄。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题是：克服现有方法的不足之处，提供了一种MEMS(Micrc) Electronic Mechanical System，微电子机械系统）陀螺静电平衡电压值的确定方法，首先 采用m步长搜索平衡电压的潜在解，最后通过1步长搜索确定最终解，通过简单的软件方式 实现了 MEMS陀螺静电平衡电压值的确定，搜索效率高，操作简单，最大程度上满足了环形 MEMS陀螺电路非理想结构调整的需求。
[0006] 本发明的技术解决方案是：一种MEMS陀螺静电平衡电压值的确定方法，所述确定 方法由位于MEMS陀螺振动环外侧的平衡调整电路实现，所述平衡调整电路包括第一平衡 调整电路和第二平衡调整电路，第一平衡调整电路包括第一输入端、第一输出端和第二输 出端，第二平衡调整电路包括第二输入端、第三输出端和第四输出端，步骤如下：
[0007] (1)根据第一输入端输入值b取值范围和第二输入端输入值t/取值范围确定平 衡调整电路的潜在解集S (b，b')，一组b和b'的值为一个潜在解，所述b和b'均为8位 二进制数；
[0008] (2)第一输入端输入值b和第二输入端输入值V均以m个A/D最小分辨率，即 m个LSB为步长，在S(b，b')中进行取值，获得m步长筛选后的潜在解集为Sl(b，b')， SI (b, t/ )中第一输入端输入值b和第二输入端输入值t/的取值均为m的整数倍；
[0009] (3)将步骤⑵中确定的潜在解集Sl(b，b')中第一个值bJPb' 1分别作用于 平衡调整电路的第一输入端和第二输入端，首先使第一模态实现恒幅谐振，记录第一模态 的固有谐振频率值Ln、第一模态对第二模态的耦合量D11和第二模态的输出零偏值E n，然 后使第二模态实现恒幅谐振，记录第二模态固有谐振频率值L21、第二模态对第一模态的耦 合量D 21和第一模态的输出零偏值E 21;获得一组数据P (b i，b' i，Ln，Dn，En，L21, D21, E21)
[0010] (4)按顺序取出潜在解集S1 (b, b')中的第一输入端输入值b和第二输入端输入 值b'输入值，重复步骤（3)，取得j组数据，其中第i组数据记作Pi=O3iA' DLmDlilE1 i，L2i，D2i，E2i);所述j为S1 (b，b')中潜在解的个数，i e [1，j] ; ; (5)计算步骤⑷中确 定的j组数据中每组数据的频差Lli-L2i，利用每组数据的频差对该组数据进行筛选，获得频 差筛选后的数据集合；具体为：若该组数据的频差处于预先设定的频差范围内，则保留该 组数据，否则删除该组数据；
[0011] (6)在频差筛选后的数据集合中，按照预先设定的筛选条件选择两组数据，筛选 获得的第一组数据中第一输入端的输入值为b n，第二输入端的输入值为V n，第二组 数据中第一输入端的输入值为b22，第二输入端的输入值为b ' 22，所述|bn_b221〈 = 16 ; b' n-b' 22|〈 = 16 ;
[0012] (7)利用步骤（6)中得到的两组数据输入端的输入值计算1步长筛选第一输入端 输入值取值区间Iibbpbb 2]和第二输入端输入值取值区间[bt/ p bt/ 2];
[0013] (8)第一输入端输入值b和第二输入端输入值b'分别以1个A/D最小分辨率为步 长在[bbi，bb 2]和[[bb' pbb' 2]中取值，获得1步长筛选后的潜在解集为S2(b，b');
[0014] (9)用步骤⑶获得的1步长筛选后的潜在解集S2(b，b')更新步骤⑵中的 SI (b，b')，重复步骤（3)~步骤（4)，选择第一模态对第二模态的耦合量Dli、第二模态的 输出零偏值Eli、第二模态对第一模态的耦合量D2i和第一模态的输出零偏值E 2i绝对值的和 最小的一组数据为最终数据，所述最终数据为 :Pbest (bbest，b best? ^jIbestJ ^lbestJ ^lbestJ ^2bestJ ^2best> E2best^ >
[0015] (10)利用步骤（9)确定的bbest和b' best，计算出四组电极加的电压值大小，具体 为：
[0016] 若bbest的最高位为1，则Vl为28V，V3可调，若bbest的最高位为0,则V3为28V，V1 可调；所述调整电压的大小由b best的低七位决定，转换公式为：电压值=低七位的十进制数 /127X28 ；
[0017] 若b' best的最高位为1，则V2为28V，V4可调，若b' best的最高位为〇，V4为28V， V2可调，所述调整电压的大小由b' best的低七位决定，转换公式为：电压值=低七位的十 进制数/127X28。
[0018] 所述步骤⑵中m的取值范围为：8~16。
[0019] 所述步骤⑶中Ln，Dn，En，L 21, D21, E21均通过η次试验求平均获得。
[0020] 所述η的取值范围为：100~200。
[0021] 所述步骤（5)中预先设定频差范围为[-0· 5, 0· 5]。
[0022] 所述步骤(6)中预先设定的筛选条件具体为：
[0023] 所选择的两组数据中第一模态对第二模态的耦合量Dli、第二模态的输出零偏值 Eli、第二模态对第一模态的耦合量D2i和第一模态的输出零偏值E 2i符号均相反，且两组数 据中第一模态对第二模态的耦合量Dli和第二模态对第一模态的耦合量D 2i绝对值的和最 小。
[0024] 所述步骤（7)中利用步骤（6)中得到的两组数据输入端的输入值计算1步长筛选 第一输入端输入值取值区间Iibb 1, bb2]和第二输入端输入值取值区间[bt/ p bt/ J ;具 体为：
[0025] 若 |bn_b221 = 16，则 IdId1= min{b n，b22}，bb2= max{b n，b22};否贝lj，IdId1 = (bn+b22)/2-8, bb2= (b n+b22)/2+8 ；
[0026] 若 I b' n_b' 221 = 16,则 bb' i= min {b' n，b' 22}，bb' 2= max {V n，b' 22}; 否则，bb' 1= (b' n+b' 22)/2-8, bb' 2= (b' n+b' 22)/2+8。
[0027] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0028] (1)本发明先以m步长搜索缩小潜在解范围，然后以1步长搜索确定最后的电压数 值，传统搜索算法潜在解有N = 65536种可能，本发明中的算法有N' = 65536/m/m+289种 可能，效率提高了将近m2倍；
[0029] (2)本发明采用两个模态频率相近，且两模态间的耦合值小以及零偏输出值小来 进行最优数据的选取，这是从陀螺结构非理想性产生的影响得出的判断依据，选取的依据 更加合理，选取结果更接近于真实的结果；
[0030] (3)本发明对测试环境以及测试仪器的依赖性较小，包括数据的采集、模态的切换 等操作均是通过设计相关软件实现的，对硬件设备的要求低，操作效率高。已有方法要用到 网络动态信号分析仪，成本较高。
【附图说明】