基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量方法及装置，本发明专利技术方法包括驱动控制一对速率积分陀螺A、速率积分陀螺B交替互补工作，使得速率积分陀螺A交替处于激励振动状态、自由振动状态，且当速率积分陀螺A、速率积分陀螺B两者状态互补，并选择当前自由振动状态的速率积分陀螺A或速率积分陀螺B的信号作为检测信号。本发明专利技术通过采用两个速率积分陀螺的激励振动和自由振动交替互补的工作方式；利用了速率积分陀螺陀螺自由振动状态下的输出精度高的优点，避免了工作时间短的缺点，降低了对陀螺品质因数的要求，可为角度测量提供了一种精度高、动态范围大的全时测量方法。

【技术实现步骤摘要】
基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量方法及装置
本专利技术涉及微型陀螺的角度测量技术，具体涉及一种基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量方法及装置。
技术介绍
微型陀螺是利用MEMS技术或其它微纳技术设计、加工、制造出来的微陀螺，此类陀螺是一种简并模式（degeneratemode）的哥式振动陀螺。该简并模式利用两个对称结构来检测回转角度，通常以力平衡（速率）或速率积分（全角）两种模式工作。在全角（速率积分）模式下，陀螺振子在激励力的作用下谐振，外力用于消除阻尼或不对称等缺陷的影响，这种工作模式下，机械元素充当角速度的“机械积分器”，因而可以直接测量出陀螺的旋转角度。速率积分陀螺依据其谐振子的几何形状分为单环、多环和碟型等类型。速率积分陀螺具有体积小、响应时间短、动态范围大、工作温度范围宽、功耗低、抗振动冲击性能高、抗电离辐射能力强、稳定性高、使用寿命长等优点，同时，具有优异的标度因素稳定性和潜在的自标定能力，目前已广泛应用于各种系统中,且其发展前景极为广阔。比如：工业应用（如机器人技术和自动化等）、汽车稳定（如牵引力控制和翻车检测等）、自动驾驶（如自动驾驶汽车等）、目标跟踪（如增强现实AR和虚拟现实VR中的头部跟踪等）、航空航天（如无人机和速率积分等）和军事应用（如武器装备等）。速率积分陀螺的工作原理为：当谐振子处于二阶振动模态且陀螺没有外界角速度输入时，谐振子阵形如图1中的子图a所示，谐振子的振型在圆-椭圆-圆-旋转90度椭圆-圆之间周期变化，此模态有4个波腹和4个波节点；当有外界有角速度Ω输入时，如1中的子图b所示，谐振子的振型会产生进动角θ，此时θ=-KΩ，K为谐振陀螺的进动因子，由谐振子的几何参数决定。因此只需要测量出谐振子振型角度变化，即可计算出陀螺转动的角度。速率积分陀螺中，驱动和检测具有至关重要的作用，这直接关系到陀螺的性能和精度。目前绝大部分的专利文献和专业文献（如US5616864、US20060248953A1、US5616864、US9157739、JP2005503548A、EP2696169A2、EP2177875A2、EP0836073B1、CN1610819A、CN1571912A、CN1571913A、US20160341551A1、US20200011667A1、WO2009119205、CN104165624A）均从陀螺结构、电极形式、驱动方式、制造装配工艺、数据采集、数据处理等角度解决陀螺功能/性能问题，也有一些着重解决驱动轴对于检测轴的影响，通过频率、振幅和正交控制来提高陀螺性能，更有采用驱动/检测分时的工作方式来提升陀螺性能。但是，现有技术单个陀螺驱动/检测分时的工作方式，当单个陀螺处于激励（驱动）状态下，由于速率积分方法的局限，如果此时角速率发生较大变化（如基座瞬间发生角抖动），则无法保证其测量精度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量方法，本专利技术通过采用两个速率积分陀螺的激励振动和自由振动交替互补的工作方式；利用了速率积分陀螺陀螺自由振动状态下的输出精度高的优点，避免了工作时间短的缺点，降低了对陀螺品质因数的要求，可为角度测量提供了一种精度高、动态范围大的全时测量方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量方法，包括驱动控制一对速率积分陀螺A、速率积分陀螺B交替互补工作，使得速率积分陀螺A交替处于激励振动状态、自由振动状态，且当速率积分陀螺A位于激励振动状态时速率积分陀螺B处于自由振动状态、速率积分陀螺A位于自由振动状态时速率积分陀螺B处于激励振动状态，并选择当前自由振动状态的速率积分陀螺A或速率积分陀螺B的信号作为检测信号。可选地，所述速率积分陀螺A交替处于激励振动状态、自由振动状态是指速率积分陀螺A按照固定的周期T交替处于激励振动状态、自由振动状态。可选地，所述速率积分陀螺A按照固定的周期交替处于激励振动状态、自由振动状态时，激励振动状态、自由振动状态两种状态在一个周期T中各占一半时间。可选地，所述驱动控制一对速率积分陀螺A、速率积分陀螺B交替互补工作时，针对速率积分陀螺A、速率积分陀螺B的控制步骤包括：在上电后分别给速率积分陀螺A、速率积分陀螺B施加激励，使得速率积分陀螺A、速率积分陀螺B同时进入激励振动状态；S2）针对速率积分陀螺A控制每保持T/2周期时长的激励振动状态后则撤除激励使得速率积分陀螺A进入自由振动状态T/2周期时长，每保持T/2周期时长的自由振动状态则恢复激励使得速率积分陀螺A恢复激励振动状态T/2周期时长，使得速率积分陀螺A交替处于激励振动状态、自由振动状态；针对速率积分陀螺A首先保持T周期时长的激励振动状态后则撤除激励使得速率积分陀螺A进入自由振动状态T/2周期时长，然后每保持T/2周期时长的自由振动状态则恢复激励使得速率积分陀螺B恢复激励振动状态T/2周期时长，每保持T/2周期时长的激励振动状态后则撤除激励使得速率积分陀螺B进入自由振动状态T/2周期时长，使得速率积分陀螺B交替处于激励振动状态、自由振动状态且相对速率积分陀螺A延迟T/2周期时长以与速率积分陀螺A状态互补，其中T为周期。可选地，所述保持T/2周期时长的自由振动状态是指通过针对当前的检测信号进行衰减检测实现的，若当前的检测信号幅值衰减到指定值，则判定保持T/2周期时长的自由振动状态结束从而针对速率积分陀螺A、速率积分陀螺B执行一轮状态交替。此外，本专利技术还提供一种基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量装置，包括速率积分陀螺A、速率积分陀螺B以及控制及检测电路，所述速率积分陀螺A、B两者的驱动端和输出端分别与控制及检测电路相连，所述控制及检测电路被编程或配置以执行所述基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量方法的步骤。可选地，所述控制及检测电路还连接有输出电路。和现有技术相比，本专利技术具有下述优点：本专利技术方法包括驱动控制一对速率积分陀螺A、速率积分陀螺B交替互补工作，使得速率积分陀螺A交替处于激励振动状态、自由振动状态，且当速率积分陀螺A、速率积分陀螺B两者状态互补，并选择当前自由振动状态的速率积分陀螺A或速率积分陀螺B的信号作为检测信号。本专利技术通过采用两个速率积分陀螺的激励振动和自由振动交替互补的工作方式；速率积分陀螺A、速率积分陀螺B组成自由振动状态下的全时测量，当角速率发生较大变化时，速率积分陀螺A、速率积分陀螺B组合能保证转角数据无丢失、动态范围大、测量精度高，利用了速率积分陀螺陀螺自由振动状态下的输出精度高的优点，避免了工作时间短的缺点，降低了对陀螺品质因数的要求，可为角度测量提供了一种精度高、动态范围大的全时测量方法。附图说明图1为现有的速率积分陀螺外界无、有角速度输入的谐振子阵形图对比。图2为本专利技术实施例中两个速率积分陀螺的波形示意图。图3为本专利技术实施例中的驱动控制流程示意图。图4为本专利技术实施例装置的结构示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量方法，其特征在于，包括驱动控制一对速率积分陀螺A、速率积分陀螺B交替互补工作，使得速率积分陀螺A交替处于激励振动状态、自由振动状态，且当速率积分陀螺A位于激励振动状态时速率积分陀螺B处于自由振动状态、速率积分陀螺A位于自由振动状态时速率积分陀螺B处于激励振动状态，并选择当前自由振动状态的速率积分陀螺A或速率积分陀螺B的信号作为检测信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量方法，其特征在于，包括驱动控制一对速率积分陀螺A、速率积分陀螺B交替互补工作，使得速率积分陀螺A交替处于激励振动状态、自由振动状态，且当速率积分陀螺A位于激励振动状态时速率积分陀螺B处于自由振动状态、速率积分陀螺A位于自由振动状态时速率积分陀螺B处于激励振动状态，并选择当前自由振动状态的速率积分陀螺A或速率积分陀螺B的信号作为检测信号。


2.根据权利要求1所述的基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量方法，其特征在于，所述速率积分陀螺A交替处于激励振动状态、自由振动状态是指速率积分陀螺A按照固定的周期T交替处于激励振动状态、自由振动状态。


3.根据权利要求2所述的基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量方法，其特征在于，所述速率积分陀螺A按照固定的周期交替处于激励振动状态、自由振动状态时，激励振动状态、自由振动状态两种状态在一个周期T中各占一半时间。


4.根据权利要求3所述的基于双速率积分陀螺交替互补工作的角度测量方法，其特征在于，所述驱动控制一对速率积分陀螺A、速率积分陀螺B交替互补工作时，针对速率积分陀螺A、速率积分陀螺B的控制步骤包括：在上电后分别给速率积分陀螺A、速率积分陀螺B施加激励，使得速率积分陀螺A、速率积分陀螺B同时进入激励振动状态；S2）针对速率积分陀螺A控制每保持T/2周期时长的激励振动状态后则撤除激励使得速率积分陀螺A进入自由振动状态T/2周期时长，每保持T/2周期时长的自由振动...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长虹，杨红斌，朱新建，金胜德，毛善国，王北镇，
申请(专利权)人：湖南天羿领航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43