[發明專利]一種硅微機械陀螺儀標度因數在線自校準系統

有效

• 申請號: 201910378116.1
• 申請日: 2019-05-08
• 公開（公告）號: CN110108299B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 趙陽;梁杰;裘安萍;夏國明;施芹
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

本發明公開了一種硅微機械陀螺儀標度因數在線自校準系統，其特點在于不需要額外增加靜電激勵電極，在陀螺儀正常工作情況下，可以實時對標度因數進行自校準。AGC與C/V驅動檢測接口電路相連對陀螺儀進行閉環驅動；檢測電流信號Is，通過C/V檢測接口電路轉換成檢測電壓信號Vs；FPGA產生自校準參考信號，通過DAC進行數模轉換，并連接到控制開關；FPGA內生成的控制信號對控制開關兩路進行選通，同時該信號作為自校準參考信號的解調基準，提取陀螺儀檢測模態實時頻率與驅動模態實時頻率，完成標度因數自校準。

技術領域

本發明屬于硅微機械陀螺領域，具體是一種硅微機械陀螺儀標度因數在線自校準系統。

背景技術

陀螺儀是一種慣性傳感器，用于測量載體相對于慣性空間的角速度。與傳統陀螺儀相比，硅微機械陀螺體積小，重量輕，功耗低且適合大規模生產，使得其在民用和軍用領域具有廣闊的應用前景。國產化硅微機械陀螺性能在近二十年的研發過程中取得了巨大的提升，在實驗室環境下，硅微機械陀螺的零偏穩定性優于1°/h。然而其精度仍然無法滿足獨立慣性導航的要求。硅微機械陀螺在工程應用環境下也逐漸暴露出環境適應性差，且在長期存貯條件下標度因數發生改變，需要人工進行離線校準的不足。如何解決其在溫度、力學環境下和長期存貯條件下的穩定性和可靠性問題，是實現硅微機械陀螺在武器裝備中工程應用的關鍵。

現有的硅微機械陀螺儀誤差在線補償系統需要在硅微機械陀螺儀本身結構中增加額外的靜電激勵電極，因此會增加硅微機械陀螺儀的設計難度和加工難度。由于加工工藝的限制，硅微機械陀螺儀結構復雜化之后，會導致加工出來的陀螺結構和設計值之間的誤差增大，從而影響硅微機械陀螺儀的整體性能。同時，現有的自補償系統在硅微機械陀螺儀的整個服役期都進行補償，然而，環境因素比如溫度、應力等變化造成的陀螺標度因數變化是一個緩慢的過程，無需在硅微機械陀螺儀的整個服役期都進行補償。這種方法一方面不能很好的反映硅微機械陀螺儀的工作狀態，另一方面增加了硅微機械陀螺儀的功耗。

目前大部分硅微機械陀螺儀采取離線標度因數校準的方法，即利用外部環境傳感器或自身結構頻率、品質因數等特性實施誤差補償。但這種誤差補償存在的問題主要包括：(1)由于硅微機械陀螺儀與環境因素的耦合機理復雜，難以實現高效、精準的誤差補償；(2)在溫度和力學環境及長期存貯條件下，硅微機械陀螺的部分參數會發生緩慢變化，因此離線所獲取的補償系數無法適用于硅微機械陀螺表的整個服役期；

發明內容

本發明的目的在于提供一種硅微機械陀螺儀標度因數在線自校準系統，在不借助外部信息的情況下自校準由于環境溫度、應力等條件改變引起的標度因數的變化，該方法不需要額外增加靜電激勵電極，根據環境情況對正常工作模式和校準工作模式進行切換，以提高硅微機械陀螺在復雜工作環境中的長期穩定性。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種硅微機械陀螺儀標度因數在線自校準系統，包括C/V驅動檢測接口電路、C/V檢測接口電路、自動增益控制電路AGC、控制開關、現場可編程門陣列FPGA、數模轉換器DAC、模數轉換器ADC；

所述陀螺儀C/V驅動檢測接口電路輸入端與硅微機械陀螺的驅動檢測電極相連，將驅動檢測電極獲得的驅動檢測電流信號Ids轉化為驅動檢測電壓Vds信號；所述自動增益控制電路AGC將驅動檢測電壓Vds信號進行幅度控制，輸出驅動電壓Vd到硅微機械陀螺的驅動電極，用以驅動硅微機械陀螺；所述C/V檢測接口電路與硅微機械陀螺的檢測電極一端相連；所述控制開關的輸出端D與硅微機械陀螺的檢測電極另一端相連，其中一源終端S1與C/V檢測接口電路相連，另外一源終端S2和所述數模轉換器DAC相連；所述C/V檢測接口經模數轉換器ADC與現場可編程門陣列FPGA相連；所述數模轉換器DAC與可編程門陣列FPGA相連；當終端S1與輸出端D接通時，所述現場可編程門陣列FPGA將轉化后的信號進行相敏解調，獲得硅微機械陀螺的輸出信號；當終端S2與輸出端D接通時，所述現場可編程門陣列FPGA將轉化后的數字信號進行相敏解調，參數獲取，進行標度因數自校準，將校準后的硅微機械陀螺的信號進行輸出。