一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法，属于微机械陀螺领域。本发明专利技术是在微机械陀螺检测模态受到科氏角速度力、同相零偏以及正交误差力作用的一般情况下提出的，具有通用性和普适性，检测模态的运动信号经过原始测量模块和同步辅助模块后分别得到原始测量输出值和同步辅助输出值，经组合运算进行实时在线补偿，实现最终测量输出信号与接口电路相位延迟无关，降低了微机械陀螺的测量漂移和不稳定。本发明专利技术可以实时自动提取并在线补偿电路延迟相位，无需人工调整，降低微机械陀螺的批量化生产的成本，且不影响正常测量过程；提取到的残余波动值也可以作为微机械陀螺温度的表征量以及补偿物理量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法和系统
本专利技术涉及微机械陀螺领域，尤其涉及一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法和系统。
技术介绍
微机械陀螺是用来测量外界旋转角速度的传感器，测量角速度的原理是基于驱动模态和检测模态之间的能量耦合和转移。当驱动模态在锁相环和自动增益控制等环路的作用下类似于一个谐振器而工作在谐振状态，外部输入的角速度会产生沿检测模态运动方向的科里奥利力，从而使得检测模态在检测轴上产生位移运动信号。为了降低驱动模态静电力的耦合以及电路板的1/f低频噪声等对检测模态位移运动信号的影响，检测模态的位移运动信号通过高频载波调制以及接口电路而转换成电压信号。然而，在陀螺里的微弱信号检测和处理过程中，电路将不可避免地会引入接口电路相位延迟，这将使陀螺的零偏和标度因数这两个重要的指标的漂移和不稳定加剧。目前，在微机械陀螺领域，最常用的方法就是在检测模态的载波解调时设定一个固定的补偿相位来进行一次初始补偿接口电路相位延迟。但是，由于接口电路相位延迟随环境温度的不断波动和漂移，这种方法不能实时且精确地补偿接口电路相位延迟；另外，基于每个微机械陀螺的电路系统都不可能完全一样的事实，大批量加工出来的微机械陀螺都需要重复地手动进行一次初始补偿接口电路相位延迟，这将降低生产效率。考虑到微机械陀螺的驱动模态和检测模态工作状态不一样(驱动模态是当做谐振器进行等幅振荡，而检测模态是作为敏感结构来测量外界输入角速度的方向和大小)，驱动模态上自动消除接口电路相位延迟的方法不能适用在检测模态上。对于微机械陀螺的检测模态，在受到外界角速度输入引入的科里奥利力的同时，也会受到由于结构不对称和加工误差导致的正交误差力作用，科里奥利力和正交误差力是同频但相位上相差90度，这也增加了检测模态信号处理的复杂度。因此，如何自动消除接口电路相位延迟对微机械陀螺检测模态的影响以及进行相位延迟的实时补偿，这是微机械陀螺领域内尚未解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术无法实时且精确地自动补偿接口电路相位延迟，导致微机械陀螺存在测量漂移和不稳定的问题，为微机械陀螺提供了一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法和系统。本专利技术是在微机械陀螺检测模态受到科氏角速度力、同相零偏以及正交误差力作用的一般情况下提出的，具有通用性和普适性，可以实现实时自动提取并在线补偿电路延迟相位，无需人工调整最佳延迟补偿相位，降低微机械陀螺的批量化生产的成本，也可以实现在线补偿与正常测量互不影响，同时在检测模态环路中集成。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法，将受到科氏角速度力、同相零偏以及正交误差力作用下的微机械陀螺检测模态的运动信号转换成高频载波调制的电压信号，电压信号经过并联的原始测量模块和同步辅助模块后分别得到原始测量输出值和同步辅助输出值；通过在线补偿模块将所述原始测量输出值和同步辅助输出值进行组合运算，得到微机械陀螺检测模态的接口电路相位延迟的残余波动值，将原始测量输出值除以残余波动值的余弦值，得到实时补偿后的最终测量输出信号。进一步地，作为本专利技术的优选方案，所述原始测量模块首先对输入的电压信号进行载波频率的同相解调，同相解调后的信号分为两路，一路信号依次经过位移频率的同相解调以及低通滤波得到原始测量输出值中的角速度零偏测量值，同时另一路信号依次经过位移频率的正交解调以及低通滤波得到原始测量输出值中的正交误差测量值。进一步地，作为本专利技术的优选方案，所述同步辅助模块首先对输入的电压信号进行载波频率的正交解调，正交解调后的信号分为两路，一路信号依次经过位移频率的同相解调以及低通滤波得到同步辅助输出值中的角速度零偏辅助值，同时另一路信号依次经过位移频率的正交解调以及低通滤波得到同步辅助输出值中的正交误差辅助值。进一步地，作为本专利技术的优选方案，所述位移频率的同相解调和位移频率的正交解调使用相同的固定解耦分离相位。进一步地，作为本专利技术的优选方案，所述载波频率的同相解调和载波频率的正交解调使用相同的固定载波初始补偿相位。进一步地，作为本专利技术的优选方案，所述的接口电路相位延迟的残余波动值的计算方法，具体为：将同步辅助输出值中的正交误差辅助值与原始测量输出值中的正交误差测量值的商进行反正切运算并取相反数，得到接口电路相位延迟的残余波动值；或者将同步辅助输出值中的角速度零偏辅助值与原始测量输出值中的角速度零偏测量值的商进行反正切运算并取相反数，得到接口电路相位延迟的残余波动值，将固定载波初始补偿相位减去所述的接口电路相位延迟的残余波动值就得到接口电路的相位延迟值。进一步地，作为本专利技术的优选方案，将原始测量输出值的角速度零偏测量值和正交误差辅助值分别除以残余波动值的余弦值，得到实时补偿后的最终测量输出信号。进一步的，作为本专利技术的优选方案，所述的残余波动值是由于微机械陀螺电路系统的接口电路引起的，接口电路受到电路系统温度的变化会使得残余波动值具有温度表征信息，残余波动值是可以用作微机械陀螺检测模态温度补偿的。本专利技术与现有技术相比具有的有益效果是：1)本专利技术保留了现有技术采用的原始测量模块对接口电路的信号进行载波频率的同相解调后再进行位移频率的同相正交解调以外，并联了一个同步辅助模块同时对接口电路的信号进行载波频率的正交解调后再进行位移频率的同相正交解调，将原始测量模块和同步辅助模块在微机械陀螺检测模态的环路系统中进行了集成，一方面，基于本专利技术的并联集成的方法可以实现同步辅助模块不影响微机械陀螺正常的角速度测量，可以解决现有技术手段中需要在微机械陀螺不测量角速度的时候才可提取电路相位延迟的缺陷；另一方面，从原理上和实施实例来看本专利技术也可以实现电路相位延迟的提取也可以最大程度降低外界角速度输入大小的影响，从而实现了自动补偿和正常测量的兼容。2)本专利技术对并联集成的原始测量模块和同步辅助模块输出的信号中选择角速度零偏辅助值与角速度零偏测量值进行反正切以及相反数的数学计算，或者选择正交误差辅助值与正交误差测量值进行反正切以及相反数的数学计算，也就是说电路相位延迟的数学提取计算是根据两个模块的信号实时得到的，解决了现有技术手中电路相位延迟是一次初始提取的以及不具备在线实时提取的问题；并且本专利技术在陀螺检测模态中提取到电路相位延迟后将原始测量模块的角速度零偏测量值和正交误差测量值除以电路相位延迟的残余波动值的余弦值，实现了在线自动补偿，得到了不受电路相位延迟影响的角速度零偏和正交误差，可以避免现有技术手段中对微机械陀螺输出信号补偿中进行环境测试寻找补偿系数和公式的繁琐工作。3)在现有技术手段中固定载波初始补偿相位是要根据每一个微机械陀螺的检测模态来一一调整，使得完全补偿掉电路相位延迟，保证载波解调的最大信噪比。本专利技术在原始测量模块和同步辅助模块中采用的固定载波初始补偿相位是可以对于所有批量生产的微机械陀螺的检测模态使用同一个固定载波初始补偿相位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法，其特征在于，将受到科氏角速度力、同相零偏以及正交误差力作用下的微机械陀螺检测模态的运动信号转换成高频载波调制的电压信号，电压信号经过并联的原始测量模块和同步辅助模块后分别得到原始测量输出值和同步辅助输出值；通过在线补偿模块将所述原始测量输出值和同步辅助输出值进行组合运算，得到微机械陀螺检测模态的接口电路相位延迟的残余波动值，将原始测量输出值除以残余波动值的余弦值，得到实时补偿后的最终测量输出信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法，其特征在于，将受到科氏角速度力、同相零偏以及正交误差力作用下的微机械陀螺检测模态的运动信号转换成高频载波调制的电压信号，电压信号经过并联的原始测量模块和同步辅助模块后分别得到原始测量输出值和同步辅助输出值；通过在线补偿模块将所述原始测量输出值和同步辅助输出值进行组合运算，得到微机械陀螺检测模态的接口电路相位延迟的残余波动值，将原始测量输出值除以残余波动值的余弦值，得到实时补偿后的最终测量输出信号。


2.如权利要求1所述的一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法，其特征在于，所述原始测量模块首先对输入的电压信号进行载波频率的同相解调，同相解调后的信号分为两路，一路信号依次经过位移频率的同相解调以及低通滤波得到原始测量输出值中的角速度零偏测量值，同时另一路信号依次经过位移频率的正交解调以及低通滤波得到原始测量输出值中的正交误差测量值。


3.如权利要求1所述的一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法，其特征在于，所述同步辅助模块首先对输入的电压信号进行载波频率的正交解调，正交解调后的信号分为两路，一路信号依次经过位移频率的同相解调以及低通滤波得到同步辅助输出值中的角速度零偏辅助值，同时另一路信号依次经过位移频率的正交解调以及低通滤波得到同步辅助输出值中的正交误差辅助值。


4.如权利要求2或3所述的一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法，其特征在于，所述位移频率的同相解调和位移频率的正交解调使用相同的固定解耦分离相位。


5.如权利要求2或3所述的一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法，其特征在于，所述载波频率的同相解调和载波频率的正交解调使用相同的固定载波初始补偿相位。


6.如权利要求5所述的一种用于微机械陀螺检测模态接口电路相位延迟的在线实时自动补偿方法，其特征在于，所述的接口电路相位延迟的残余波动值的计算方...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑旭东，吴海斌，金仲和，马志鹏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33