MEMS陀螺正交误差校正系统技术方案

本发明专利技术提供一种MEMS陀螺正交误差校正系统，包括：MEMS陀螺敏感模态电极，用于生成位移信号；预处理组件，与所述MEMS陀螺敏感模态电极相连，用于将所述位移信号转换为数字电压信号；数字解调组件，与所述多位量化器和所述MEMS陀螺敏感模态电极相连，用于根据所述数字电压信号生成同相1比特脉宽密度调制信号和正交相1比特脉宽密度调制信号，并反馈至所述MEMS陀螺敏感模态电极。本发明专利技术的MEMS陀螺正交误差校正系统能够在不增加特定校正电极的前提下，解决现有技术中对MEMS陀螺正交误差抑制能力和校正实时性不强的问题，有效提高了MEMS陀螺的精度。陀螺的精度。陀螺的精度。

【技术实现步骤摘要】
MEMS陀螺正交误差校正系统


[0001]本专利技术涉及微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)惯性传感器领域的
，特别是涉及一种MEMS陀螺正交误差校正系统。

技术介绍

[0002]陀螺仪是惯性导航系统的关键传感器之一，其性能直接决定了导航系统的精度。传统的激光陀螺、光纤陀螺和原子陀螺等具有精度高、稳定性好等优点，但是价格昂贵、体积较大，无法满足导航系统的小型化要求。基于MEMS技术的微机械陀螺，体积小、功耗低且易批量化生产，是未来陀螺仪传感器的一个重要发展方向。因此，如何实现MEMS陀螺达到导航级精度水平一直是该领域研究的重点和难点。
[0003]正交误差是目前影响MEMS陀螺精度提高的最显著误差源之一。这是由于MEMS陀螺在微加工过程中不可避免的存在非线性刚度耦合误差。与敏感模态的角速率位移相比，陀螺驱动位移较大，导致刚度耦合误差产生的正交位移也很大。这严重影响了MEMS陀螺的各项指标精度。现有的MEMS陀螺正交误差校正(抑制)技术主要包括以下两种：
[0004](1)机械校正技术
[0005]机械校正需要MEMS陀螺结构具有特定的校正电极，通过在校正电极加载DC直流电压来调整陀螺刚度误差，实现陀螺模态刚度同性对称。
[0006](2)电路校正技术
[0007]电路校正需要外围接口电路产生反馈静电力去平衡抵消MEMS陀螺上的等效正交误差力，达到校正的结果。
[0008]现有研究表明，基于高阶微机电Sigma-Delta力平衡闭环调制的MEMS陀螺技术，兼具数字静电力反馈平衡和高阶Sigma-Delta信号调制输出的优点，是实现高精度导航级MEMS 陀螺传感器的有效技术之一，在传感器系统的灵活性、稳定性和集成性等方面均具有显著的优势。但是，现有的微机电Sigma-Delta陀螺技术还无法对MEMS陀螺正交误差进行有效的校正，这也制约了微机电Sigma-Delta陀螺精度的进一步提高。

技术实现思路

[0009]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种MEMS陀螺正交误差校正系统，能够在不增加特定校正电极的前提下，解决现有技术中对MEMS陀螺正交误差抑制能力和校正实时性不强的问题，有效提高了MEMS陀螺的精度。
[0010]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种MEMS陀螺正交误差校正系统，包括： MEMS陀螺敏感模态电极，用于生成位移信号；预处理组件，与所述MEMS陀螺敏感模态电极相连，用于将所述位移信号转换为数字电压信号；数字解调组件，与所述多位量化器和所述MEMS陀螺敏感模态电极相连，用于根据所述数字电压信号生成同相1比特脉宽密度调制信号和正交相1比特脉宽密度调制信号，并反馈至所述MEMS陀螺敏感模态电极。
[0011]于本专利技术一实施例中，所述MEMS陀螺敏感模态电极包括检测电极和反馈电极；所
述检测电极用于生成所述位移信号；所述反馈电极用于接收所述同相1比特脉宽密度调制信号和所述正交相1比特脉宽密度调制信号。
[0012]于本专利技术一实施例中，所述预处理组件包括：
[0013]前置电路，与所述MEMS陀螺敏感模态电极相连，用于将所述MEMS陀螺敏感模态电极生成的位移信号转换为模拟电压信号；
[0014]多位量化器，与所述前置电路相连，用于将所述模拟电压信号转换为数字电压信号。
[0015]于本专利技术一实施例中，所述数字解调组件包括同向解调模块、正交相解调模块、同相低通滤波模块、正交相低通滤波模块、同向调制模块、正交相调制模块、同相Sigma-Delta调制单元、正交相Sigma-Delta调制单元和反馈控制开关；
[0016]所述同向解调模块与所述预处理组件的输出端相连，用于根据所述数字电压信号生成同相解调信号；
[0017]所述正交相解调模块与所述预处理组件的输出端相连，用于根据所述数字电压信号生成正交相解调信号；
[0018]所述同相低通滤波模块与所述同向解调模块相连，用于对所述同相解调信号进行低通滤波；
[0019]所述正交相低通滤波模块与所述正交向解调模块相连，用于对所述正交相解调信号进行低通滤波；
[0020]所述同向调制模块与所述同相低通滤波模块相连，用于将低通滤波后的同相解调信号调制为高频同相信号；
[0021]所述正交相调制模块与所述正交相低通滤波模块相连，用于将低通滤波后的正交相解调信号调制为高频正交相信号；
[0022]所述同相Sigma-Delta调制单元与所述同相调制模块相连，用于根据所述高频同相信号生成所述同相1比特脉宽密度调制信号；
[0023]所述正交相Sigma-Delta调制单元与所述正交相调制模块相连，用于根据所述高频正交相信号生成所述正交相1比特脉宽密度调制信号；
[0024]所述反馈控制开关与所述同相Sigma-Delta调制单元和所述正交相Sigma-Delta调制单元相连，用于根据控制时序将所述同相1比特脉宽密度调制信号和所述正交相1比特脉宽密度调制信号反馈至所述MEMS陀螺敏感模态电极。
[0025]于本专利技术一实施例中，所述同相Sigma-Delta调制单元包括Sigma-Delta调制器、数字补偿器和1比特量化器；所述Sigma-Delta调制器用于对所述高频同相信号进行Sigma-Delta调制，生成同相脉宽密度调制信号；所述数字补偿器用于对所述同相脉宽密度调制信号进行数字补偿；所述1比特量化器用于根据所述同相脉宽密度调制信号生成所述同相1比特脉宽密度调制信号。
[0026]于本专利技术一实施例中，所述Sigma-Delta调制器采用Sigma-Delta前馈结构或分布多反馈结构。
[0027]于本专利技术一实施例中，所述正交相Sigma-Delta调制单元包括Sigma-Delta调制器、数字补偿器和1比特量化器；所述Sigma-Delta调制器用于对所述高频正交相信号进行Sigma-Delta 调制，生成正交相脉宽密度调制信号；所述数字补偿器用于对所述正交相脉
宽密度调制信号进行数字补偿；所述1比特量化器用于根据所述正交相脉宽密度调制信号生成所述正交相1 比特脉宽密度调制信号。
[0028]于本专利技术一实施例中，所述Sigma-Delta调制器采用Sigma-Delta前馈结构或分布多反馈结构。
[0029]于本专利技术一实施例中，所述数字解调组件还包括时序控制单元，用于生成控制时序并输入所述反馈控制开关。
[0030]于本专利技术一实施例中，所述数字解调组件基于FPGA实现。
[0031]如上所述，本专利技术的MEMS陀螺正交误差校正系统，具有以下有益效果：
[0032](1)通过将MEMS陀螺敏感模态的输出信号进行解调和调制，形成两路正交的微机电 Sigma-Delta调制闭环测控回路，从而在实现角速率科氏力平衡闭环的同时，对陀螺正交误差力进行平衡闭环校正；
[0033](2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
Delta调制单元包括Sigma-Delta调制器、数字补偿器和1比特量化器；所述Sigma-Delta调制器用于对所述高频同相信号进行Sigma-Delta调制，生成同相脉宽密度调制信号；所述数字补偿器用于对所述同相脉宽密度调制信号进行数字补偿；所述1比特量化器用于根据所述同相脉宽密度调制信号生成所述同相1比特脉宽密度调制信号。6.根据权利要求5所述的MEMS陀螺正交误差校正系统，其特征在于：所述Sigma-Delta调制器采用Sigma-Delta前馈结构或分布多反馈结构。7.根据权利要求4所述的MEMS陀螺正交误差校正系统，其特征在于：所述正交相Sigma-Delta调制单元包括Sigma-Delta调制器、数字补偿器和1比特量化器；所述Sigm...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈方，李昕欣，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：