[發明專利]一種零偏自校準MEMS陀螺儀及其零偏自校準方法

有效

• 申請號: 201711251192.3
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108253952B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 康苗苗;柴宏玉;王恪良;周博遠;熊開利;權海洋
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術研究所
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56;G01C19/5776;G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐輝

1.一種零偏自校準的MEMS陀螺儀，其特征在于，包括諧振環、信號處理模塊和補償模塊；

所述諧振環外側沿周向順時針均勻分布第一電極至第八電極；在第一模式，第一電極(1)和第五電極(5)為驅動模態的驅動電極，第三電極(3)和第七電極(7)為驅動模態的檢測電極，第二電極(2)和第六電極(6)為檢測模態的驅動電極，第四電極(4)和第八電極(8)為檢測模態的檢測電極；在第二模式，第二電極(2)和第六電極(6)為驅動模態的驅動電極，第四電極(4)和第八電極(8)是驅動模態的檢測電極，第一電極(1)和第五電極(5)為檢測模態的驅動電極，第三電極(3)和第七電極(7)為檢測模態的檢測電極；

所述信號處理模塊控制所述諧振環交替工作在第一模式和第二模式，在第一模式輸出的角速度為A₁，在第二模式輸出的角速度為A₂；

所述補償模塊(44)輸出兩種模式的角速度差值A₁-A₂作為陀螺儀檢測的角速度信號；

所述信號處理模塊包括自校準控制模塊(31)、幅值解調模塊(32)、相位解調模塊(33)、同向解調模塊(34)、正交解調模塊(35)、自動增益控制環路(36)、鎖相環路(37)、壓控振蕩器(38)、去耦合環路(39)、角速度檢測環路(40)、驅動模態調制器(41)、檢測模態調制器(42)、濾波器(43)和補償模塊(44)；

在第一模式下自校準控制模塊(31)控制第三電極(3)和第七電極(7)輸出的檢測信號經檢測放大器(27)求和后得到信號S1_D，信號S1_D經幅值解調模塊(32)檢測幅值信號，將幅值信號輸出至自動增益控制環路，自動增益控制環路輸出第一驅動信號以控制所述幅值信號達到設定的恒定幅值；信號S1_D經相位解調模塊(33)檢測振動頻率，并輸出至鎖相環路(37)，鎖相環路(37)調整壓控振蕩器(38)的輸出信號作為第二驅動信號，以控制所述信號S1_D與諧振環上驅動信號的相位差為90°，第一驅動信號和第二驅動信號經驅動模態調制器(41)調制后，作為第一電極(1)和第五電極(5)的驅動電壓；

在第一模式下自校準控制模塊(31)控制第四電極(4)和第八電極(8)輸出的檢測信號經檢測放大器(27)后求和得到信號S1_S，信號S1_S經正交解調模塊(35)進行正交解調后，經去耦合環路(39)獲得與耦合等大反向的信號作為第三驅動信號輸出；信號S1_S經同向解調模塊(34)進行同向解調后，經角速度檢測環路(40)獲得與引起信號S1_S同向振動的科氏力等大反向的信號作為第四驅動信號，濾波器(43)將與科氏力等大反向的信號濾波后得到角速度為A₁；第三驅動信號和第四驅動信號經檢測模態調制器(42)調制后，作為第二電極(2)和第六電極(6)的驅動電壓；

在第二模式下自校準控制模塊(31)控制第四電極(4)和第八電極(8)輸出的檢測信號經檢測放大器(27)求和后得到信號S2_D，信號S2_D經幅值解調模塊(32)檢測幅值信號，將幅值信號輸出至自動增益控制環路，自動增益控制環路輸出第五驅動信號以控制所述信號幅值達到設定的恒定幅值；信號S2_D經相位解調模塊(33)檢測振動頻率，并輸出至鎖相環路(37)，鎖相環路(37)調整壓控振蕩器(38)的輸出信號作為第六驅動信號，以控制所述信號S2_D與諧振環上驅動信號的相位差為90°，第五驅動信號和第六驅動信號經驅動模態調制器(41)調制后，作為第二電極(2)和第六電極(6)的驅動電壓；

在第二模式下自校準控制模塊(31)控制第三電極(3)和第七電極(7)輸出的檢測信號經檢測放大器(27)后求和得到信號S2_S，信號S2_S經正交解調模塊(35)進行正交解調后，經去耦合環路(39)獲得與耦合等大反向的信號作為第七驅動信號輸出；信號S2_S經同向解調模塊(34)進行同向解調后，經角速度檢測環路(40)獲得與引起信號S2_S同向振動的科氏力等大反向的信號作為第八驅動信號，濾波器(43)將與科氏力等大反向的信號濾波后得到角速度為A₂；第七驅動信號和第八驅動信號經檢測模態調制器(42)調制后，作為第一電極(1)和第五電極(5)的驅動電壓。