[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

本發明針對全對稱MEMS環陀螺零偏存在漂移以及多次上電零偏不一致的問題，提出了一種基于驅動/檢測模態反轉的MEMS陀螺零偏自校準方法，其特點在于：根據環陀螺的工作特性，以陀螺的動力學模型為基礎，給出驅動模態和檢測模態反轉前后兩種工作模式下零偏的變化規律，通過信號處理電路控制環陀螺在兩種工作模式間切換；對相鄰兩種工作模式下的檢測信號做差，最終實現MEMS環陀螺的零偏在線自校準。通過該方法，可有效地提取出零偏信號，抑制零偏漂移現象，提高MEMS環陀螺儀的精度。

技術領域

本發明涉及一種MEMS陀螺儀零偏自校準方法，特別是一種基于驅動/檢測模態反轉的MEMS陀螺儀零偏自校準方法，適用于結構對稱的MEMS環形陀螺儀實現零偏在線自校準。

背景技術

MEMS陀螺儀作為一種重要的慣性器件，具有體積小、功耗小、成本低、抗過載能力強等優點，具有廣泛的應用領域。然而MEMS陀螺儀的性能受工藝誤差和環境等多種因素的影響，導致其輸出存在零偏、零偏易發生漂移、多次上電零偏不一致等問題，難以通過信號處理的方式將零偏信號從有用的角速度信號中提取出，限制了其應用。

溫度是影響MEMS陀螺儀精度的重要因素，陀螺表頭的尺寸結構、材料的彈性模量以及陀螺檢測電路中電子器件的性能都會隨溫度的改變而變化，因此有必要采取措施來消除這種誤差。目前報道的提高陀螺儀精度的方法主要有溫度控制和溫度補償，然而這兩種方法在設計和補償效果方面均具有一定的局限性。其中溫度控制需要額外設計溫控部件，會增加陀螺系統的體積和功耗，另外恒溫控制的快速性、穩定性、滯后性等動態性能會影響陀螺儀的性能，存在設計難點。溫度補償需要通過高低溫試驗建立溫度補償模型，要求溫度傳感器能真實表征陀螺儀諧振環的工作環境，另外對溫度傳感器的精度以及陀螺儀的重復性要求較高，并且陀螺儀的零偏-溫度模型易發生改變，需要定期進行校正，額外增加了工作時間。除此之外，陀螺儀存在零偏重復性相對較差的固有缺點，為了消除陀螺儀多次上電零偏不一致的問題，提高零偏重復性，降低累積誤差，有必要研究零偏在線自校準方法。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有方法的不足之處，提供了一種基于驅動/檢測模態反轉的MEMS陀螺儀零偏自校準方法，并給出零偏自校準系統。該方法基于陀螺儀自身工作特性，以驅動模態和檢測模態為基礎，通過控制兩個模態的反轉，將兩種工作模式下的檢測信號做差，抑制陀螺儀的零偏漂移，消除多次上電零偏不一致的固有缺點，提高陀螺儀的精度。

本發明的技術解決方案是：

提供一種零偏自校準的MEMS陀螺儀，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，第一電極和第五電極為驅動模態的驅動電極，第三電極和第七電極為驅動模態的檢測電極，第二電極和第六電極為檢測模態的驅動電極，第四電極和第八電極為檢測模態的檢測電極；在第二模式，第二電極和第六電極為驅動模態的驅動電極，第四電極和第八電極是驅動模態的檢測電極，第一電極和第五電極為檢測模態的驅動電極，第三電極和第七電極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。

提供另一種零偏自校準的MEMS陀螺儀，包括諧振環、信號處理模塊和補償模塊；