专利名称：用于微机械陀螺的正交误差处理方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及微机械陀螺的信号处理方法及装置，具体涉及用于消除振动式微机械陀螺正交误差、为高性能微机械陀螺的研制提供技术支持的正交误差处理方法及装置。
背景技术：
微机械陀螺是測量物体相对惯性空间旋转运动的装置，是惯性制导系统必不可少的角速度敏感元件，微机械陀螺的输出信号经放大、校正、功率放大后，用于驱动载体或平台执行机构进行稳定控制和导航控制。微机械陀螺的微结构采用体硅或表面硅加工エ艺制作而成，通过将驱动端的振动利用哥氏カ耦合到敏感端来检测角速度。但是，由于微机械陀螺的加工尺寸很小(通常为微米量级)，在现有条件下很难控制其加工精度。如图I所示，由于エ艺限制和加工误差，使得检测质量块的质心运动轨迹不能与理想驱动轴线重合，导致检测轴与驱动轴不能完全垂直，假设夹角为e，从而驱动模态将部分弾性力耦合到敏感模态，造成陀螺在无角速度输入时，仍对敏感端施加了较大的振动カ信号，影响敏感输出。假设驱动轴激励电压为Ftl = X0sin(coxt)，当没有角速度输入，谐振状态时检测质量块沿驱动轴和检测轴方向的位移分别为X = XciCOS Oxt) cos ( e ), Y1 = X0cos (wxt) sin (e ノ。当有角速度Q输入，有效哥氏加速度和输出轴方向上的振动位移的特解分别为 acoriolis = 2xX Q = 2X0Q w cos (wxt) cos ( e )，y2 = E0sin(wxt+) cos ( e ),其中 E0 为常数，且Etl正比于Q o在微机械陀螺正常工作状态下，检测输出轴方向上的振动位移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误差所引起检测轴的振动位移。因此，为了提高微机械陀螺性能，必须将正交误差对振动位移的影响消除。目前常用的正交误差消除办法为输出信号同步解调法。输出信号同步解调法采用一次解调后得到的与驱动信号相近的信号作为參考信号，对一次解调后得到的微陀螺的输出信号进行同步解调。解调后输出
权利要求
1.一种用于微机械陀螺的正交误差处理方法，其特征在于其实施步骤如下1)对微机械陀螺施加驱动载波信号和检测载波信号；2)获取微机械陀螺的输出信号井分别进行一次解调获得驱动信号和检测信号；3)调整驱动信号的放大增益，将放大后的驱动信号和检测信号进行减法运算后输出， 同时提取所述减法运算输出信号的幅值模拟量，根据所述幅值模拟量闭环调整驱动信号的放大增益。
2.根据权利要求I所述的用于微机械陀螺的正交误差处理方法，其特征在于所述步骤 3)中根据幅值模拟量闭环调整驱动信号的放大增益具体是指将所述減法运算输出信号进行移相获得移相信号，将所述移相信号进行整流后获得幅值模拟量，然后将幅值模拟量输出至PID控制器并通过所述PID控制器闭环调整所述驱动信号的放大增益。
3.根据权利要求2所述的用于微机械陀螺的正交误差处理方法，其特征在于所述将移相信号整流具体是指将所述移相信号进行反向获得反向移相信号，将所述反向移相信号和原始移相信号共同作为开关芯片的输入信号，同时将驱动信号依次经过90度移相、方波转换后作为开关芯片的控制信号，通过所述控制信号控制开关芯片对输入信号进行整流获得幅值模拟量。
4.根据权利要求I或2或3所述的用于微机械陀螺的正交误差处理方法，其特征在于 所述步骤2)中进行一次解调获得驱动信号和检测信号具体是指对输出信号进行放大、滤波后，根据驱动载波信号进行一次解调获得驱动信号，根据检测载波信号进行一次解调获得检测信号，井分别对得到的驱动信号和检测信号进行滤波、放大后输出。
5.一种用于微机械陀螺的正交误差处理装置，包括具有驱动信号输出端和检测信号输出端的同步解调単元(I)，其特征在于还包括用于调整驱动信号放大增益的自动增益控制模块(2)、減法器(3)和用于获取最终输出检测信号幅值的输出幅值获取単元(4)，所述同步解调単元(I)的驱动信号输出端通过自动增益控制模块(2)与減法器(3)的输入端相连，所述同步解调单元(I)的检测信号输出端与減法器(3)的输入端相连，所述输出幅值获取単元(4)的输入端与所述减法器(3)的输出端相连，所述输出幅值获取単元(4)的输出端与自动增益控制模块⑵的控制端相连。
6.根据权利要求5所述的用于微机械陀螺的正交误差处理装置，其特征在于所述输出幅值获取単元(4)包括第一移相器(41)、用于整流的开关解调模块(42)和用于闭环控制所述自动增益控制模块(2)的PID控制器(43)，所述第一移相器(41)、开关解调模块(42)、 PID控制器(43)依次相连，所述第一移相器(41)的输入端与所述减法器(3)的输出端相连，所述PID控制器(43)的输出端与自动增益控制模块(2)的控制端相连。
7.根据权利要求6所述的用于微机械陀螺的正交误差处理装置，其特征在于所述开关解调模块(42)包括第二移相器(421)、方波转换器(422)、反向器(423)、开关芯片(424) 和低通滤波器(425)，所述开关芯片(424)的一个输入端通过反向器(423)与減法器(3)的输出端相连，所述开关芯片(424)的另ー个输入端直接与減法器(3)的输出端相连，所述开关芯片(424)的控制端依次通过方波转换器(422)、第二移相器(421)与所述同步解调单元 ⑴的驱动信号输出端相连，所述开关芯片(424)的输出端通过低通滤波器(425)与PID控制器(43)的输入端相连。
8.根据权利要求7所述的用于微机械陀螺的正交误差处理装置，其特征在于所述方波转换器(422)为过零比较器。
9.根据权利要求5所述的用于微机械陀螺的正交误差处理装置，其特征在于所述自动增益控制模块(2)为压控放大器。
10.根据权利要求5 9中任意一项所述的用于微机械陀螺的正交误差处理装置，其特征在于所述同步解调单元(I)包括信号放大单元(11)、驱动信号发生单元(12)和检测信号发生单元(13)，所述信号放大单元(11)包括串接的电荷放大器(111)和第一滤波放大器 (112)，所述电荷放大器(111)的输入端与微机械陀螺的输出端相连；所述驱动信号发生单元(12)包括第一乘法器(122)、第二滤波放大器(123)和驱动载波发生器(121)，所述驱动载波发生器(121)、第一滤波放大器(112)分别与第一乘法器(122)的输入端相连，所述第 ニ滤波放大器(123)的输入端与第一乘法器(122)的输出端相连、输出端作为同步解调单元(I)的驱动信号输出端；所述检测信号发生单元(13)包括第二乘法器(132)、第三滤波放大器(133)和检测载波发生器(131)，所述检测载波发生器(131)、第一滤波放大器(112) 分别与第二乘法器(132)的输入端相连，所述第三滤波放大器(133)的输入端与第二乘法器(132)的输出端相连、输出端作为同步解调单元(I)的检测信号输出端。
全文摘要
本发明公开了一种用于微机械陀螺的正交误差处理方法及装置，方法步骤如下1)对微机械陀螺施加驱动载波信号和检测载波信号；2)获取微机械陀螺的输出信号并分别进行一次解调获得驱动信号和检测信号；3)调整驱动信号的放大增益，将放大后的驱动信号和检测信号进行减法运算后输出，同时提取所述减法运算输出信号的幅值模拟量，根据所述幅值模拟量闭环调整驱动信号的放大增益；装置包括同步解调单元、自动增益控制模块、减法器和输出幅值获取单元，输出幅值获取单元的输入端与减法器的输出端相连、输出端与自动增益控制模块的控制端相连。本发明能够精确消除正交误差、提高微机械陀螺输出性能，具有体积小、重量低、成本低、功耗小的优点。
文档编号G01C19/5726GK102607546SQ201210057358
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月6日 优先权日2012年3月6日
发明者侯占强, 刘学, 吴学忠, 张旭, 肖定邦, 胡小平, 苏剑彬, 陈志华 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学