專利名稱：一種基于作差消除微機(jī)械陀螺同相誤差系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于作差消除微機(jī)械陀螺同相誤差系統(tǒng)，尤其是指一種基于作差消除電容式微機(jī)械陀螺同相誤差系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
陀螺是一種即使無外界參考信號也能探測出運(yùn)動物體自身姿態(tài)和狀態(tài)變化的傳感器，其功能是敏感運(yùn)動體的角速度。基于MEMS技術(shù)的第三代微機(jī)械陀螺儀，具有體積小、重量輕、帶寬大、功耗低及抗沖擊強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軍事及民用領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)中，電容式微機(jī)械陀螺儀的敏感結(jié)構(gòu)采用體硅或者表面硅工藝加工制作而成，由于尺寸極其微小，通常為微米量級，在現(xiàn)有的工藝條件下，很難控制加工精度。因此，敏感結(jié)構(gòu)在制造過程中存在著工藝誤差。該誤差直接影響硅微機(jī)械陀螺零點(diǎn)輸出的穩(wěn)定性、標(biāo)度因子的非線性度及工作帶寬等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。同時，制約微機(jī)械陀螺在宇航、精確制導(dǎo)、精密儀器及深海探測等需要精確測量角速度信號領(lǐng)域的應(yīng)用。敏感結(jié)構(gòu)的各種工藝誤差，會在微機(jī)械陀螺提取角速度信號的處理過程中轉(zhuǎn)變成正交誤差和同相誤差兩種誤差信號。正交誤差和同相誤差是角速度信號提取過程中的兩種主要干擾信號，是制約微機(jī)械陀螺整體性能的主要因素。其中，同相誤差來源于微機(jī)械陀螺儀傳感器結(jié)構(gòu)的驅(qū)動軸與檢測軸的不完全垂直，加載驅(qū)動電壓時，驅(qū)動力在檢測方向存在著分力，這個力與要檢測的Coriolis力(科氏力)方向一致，相位也一致，導(dǎo)致在信號處理過程中很難區(qū)分角速度信號與此同相誤差信號。由于同相誤差與Coriolis加速度信號的頻率及相位都相同，對于該誤差信號的分離和抑制都比較困難，現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于抑制同相誤差的信號處理方案非常少，缺乏通用的，且能有效消除或抑制同相誤差的信號處理方案。
如

圖1所示，傳統(tǒng)的微機(jī)械陀螺角速度信號提取信號處理電路系統(tǒng)。由微機(jī)械陀螺的工作原理可知，要得到輸入角速度信號的數(shù)值，必須測出敏感結(jié)構(gòu)檢測電容的變化量。然而，電容的變化量極其微弱，通常都淹沒在低頻的1/f噪聲里，為了抑制Ι/f噪聲，如圖1所示，角速度提取電路一般都采用高頻載波調(diào)制的方法，利用積分器構(gòu)成電荷放大器，將檢測電容的變化值轉(zhuǎn)變成電壓信號，然后經(jīng)過兩次相敏解調(diào)過程，第一次解調(diào)得到與檢測電容的變化量成正比的電壓信號；第二次解調(diào)得到與輸入角速度信號成正比的電壓信號。所述提取的最終輸出信號包括角速度信號、正交誤差信號及同相誤差信號。以下分析不存在相位誤差時，考慮正交誤差及同相誤差時的輸出信號:由圖1可知，第一次相敏解調(diào)后，得到的信號VJt)是與檢測電容的變化量成正比的電壓信號，存在正交誤差及同相誤差時，VJt)是角速度信號、正交誤差信號及同相誤差信號三者之和，可表示如下:
I,,....(if 1: 1- Ι-co Si ^ #)+I V- * ^φ) I"其中，K.表不Coriolis加速度信號的幅度表不同相誤差信號的幅度表不正交誤差信號的幅度；胃表不輸入的角速度信號；ω表不微機(jī)械陀螺驅(qū)動信號的角頻率'Φ表示驅(qū)動信號的相位。從式(I)中可以看出同相誤差信號與Coriolis加速度信號頻率及相位都相等，而正交誤差信號與Coriolis加速度信號頻率相等，相位相差90 。若不存在相位誤差信號，則第二次相敏解調(diào)的參考信號Vref(t)就是驅(qū)動信號，它匕“」與進(jìn)行乘法運(yùn)算，運(yùn)算如下:
權(quán)利要求1.一種基于作差消除微機(jī)械陀螺同相誤差系統(tǒng)，其特征在于:包括峰值檢測電路、第一相敏解調(diào)模塊、第二相敏解調(diào)模塊、移相器、90°移相器、數(shù)據(jù)存儲器、受控開關(guān)以及作差電路；移相器輸入端接驅(qū)動信號，輸出端接90°移相器及第一相敏解調(diào)模塊；第一相敏解調(diào)模塊輸入端接微機(jī)械陀螺角速度提取信號，輸出端同時接作差電路及受控開關(guān)，受控開關(guān)輸出端接數(shù)據(jù)存儲器，數(shù)據(jù)存儲器輸出端接作差電路； 90°移相器輸出端接第二相敏解調(diào)模塊，第二相敏解調(diào)模塊的輸入端接微機(jī)械陀螺角速度提取信號，輸出端接接峰值檢測電路，峰值檢測電路輸出端接移相器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于作差消除微機(jī)械陀螺同相誤差系統(tǒng)，其特征在于:第一相敏解調(diào)模塊由低通濾波器及相敏解調(diào)電路組成，相敏解調(diào)電路的輸入端同時接移相器及微機(jī)械陀螺角速度提取信號，輸出端接低通濾波器；低通濾波器同時接作差電路及受控開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于作差消除微機(jī)械陀螺同相誤差系統(tǒng)，其特征在于:第二相敏解調(diào)模塊由低通濾波器及相敏解調(diào)電路組成，相敏解調(diào)電路的輸入端同時接90°移相器及微機(jī)械陀螺角速度提取信號，輸出端接低通濾波器；低通濾波器接峰值檢測電路。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于作差消除微機(jī)械陀螺同相誤差系統(tǒng)，其特征在于:還包括高頻載波器、電荷放大器、濾波放大器、第三相敏解調(diào)模塊及信號放大器；高頻載波器的輸入端接微機(jī)械陀螺的電容，輸出端接電荷放大器及第三相敏解調(diào)模塊；電荷放大器接濾波放大器，濾波放大器接第三相敏解調(diào)模塊的輸入端，第三相敏解調(diào)模塊的輸出端接信號放大器，而信號放大器分別接第一相敏解調(diào)模塊及第二相敏解調(diào)模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于作差消除微機(jī)械陀螺同相誤差系統(tǒng)，其特征在于:第三相敏解調(diào)模塊由低通濾波器及相敏解調(diào)電路組成，相敏解調(diào)電路的輸入端同時接濾波放大器及高頻載波器，輸出端接低通濾波器；低通濾波器接信號放大器。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種基于作差消除微機(jī)械陀螺同相誤差系統(tǒng)，移相器輸入端接驅(qū)動信號，輸出端接90o移相器及第一相敏解調(diào)模塊；第一相敏解調(diào)模塊輸入端接微機(jī)械陀螺角速度提取信號，輸出端同時接作差電路及受控開關(guān)，受控開關(guān)輸出端接數(shù)據(jù)存儲器，數(shù)據(jù)存儲器輸出端接作差電路；90o移相器輸出端接第二相敏解調(diào)模塊，第二相敏解調(diào)模塊的輸入端接微機(jī)械陀螺角速度提取信號，輸出端接接峰值檢測電路，峰值檢測電路輸出端接移相器。本實(shí)用新型有效消除同相誤差，從而提高微機(jī)械陀螺的測量精度。
文檔編號G01C19/5776GK203163738SQ20132010173
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者莫冰, 端志勤 申請人:莫冰, 端志勤