半球谐振陀螺激励检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及半球谐振陀螺技术领域，提供一种半球谐振陀螺激励检测方法及系统。该半球谐振陀螺激励检测方法，包括如下步骤S10、输出第一激励信号和第二激励信号、第一载波信号和第二载波信号，第一载波信号和第二载波信号为错频信号；S20、信号叠加；S30、分时激励，分时检测；S40、信号解耦；S50、信号解调；S60、获得控制回路的输出量。本发明专利技术实现激励信号与检测信号在频率上分离，防止激励信号对检测端的串扰，提高半球谐振陀螺精度。提高半球谐振陀螺精度。提高半球谐振陀螺精度。

【技术实现步骤摘要】
半球谐振陀螺激励检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及半球谐振陀螺
，尤其涉及一种半球谐振陀螺激励检测方法及系统。

技术介绍

[0002]半球谐振陀螺仪作为固体波动陀螺仪的一种，其核心部件石英谐振子在激励力的作用下作四波腹振荡，利用哥式效应敏感外界角速度。为了实现对半球谐振子精准控制，以实现更高精度，需要精确获得半球谐振子的振动状态。由于半球谐振子与基座电极构成电容，通过检测电极上电容的变化，来间接反映出陀螺的振动状态。
[0003]通常线路控制中采用激励、检测同时进行的方式，在激励端，有信号源产生与谐振子同频的正弦激励信号，在检测端，通常采用电荷放大器，将振动产生的电荷变化转化为电压的变化，进而后续进行滤波、解调等操作，获得陀螺的误差控制信号。
[0004]由于受半球谐振陀螺尺寸限制，其形成的极板电容通常在10pF以内，其微小的电容及其的灵敏，因此在激励端，会出现激励对激励信号、以及激励对检测信号的耦合干扰；在检测端，由于检测的信号后续在滤波、解调操作过程中，会受到器件不一致性等因素制约，不同通道间存在的增益不一致，相移不一致等，这些串扰信号、以及不一致的存在，会直接导致后续对陀螺信号误差信号解耦造成影响，因而对陀螺精度提升受到极大的制约。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种半球谐振陀螺激励检测方法及系统，实现激励信号与检测信号在频率上分离，防止激励信号对检测端的串扰，提高半球谐振陀螺精度。
[0006]本专利技术提供一种半球谐振陀螺激励检测方法，包括如下步骤：S10、通过控制单元输出第一激励信号和第二激励信号，通过信号生成单元输出第一载波信号和第二载波信号，其中，第一载波信号和第二载波信号为错频信号；S20、通过信号叠加单元将第一激励信号与第一载波信号叠加生成第一组合信号，将第二激励信号与第二载波信号叠加生成第二组合信号；S30、通过切换单元以设定切换周期切换x模态和y模态，并将第一组合信号施加至x模态的激励电极，将第二组合信号施加至y模态的激励电极，利用检测单元对x模态的激励电极的第一振动信号和y模态的激励电极的第二振动信号分时进行检测提取，并对应转化为第一电压信号和第二电压信号；S40、通过解耦单元分别滤除第一电压信号中耦合的第一激励信号和第二电压信号中耦合的第二激励信号，对应获得第一解耦信号和第二解耦信号；S50、通过信号解调单元分别对第一解耦信号和第二解耦信号进行解调，获得第一解调振动信号和第二解调振动信号；S60、通过控制单元分别对第一解调振动信号和第二解调振动信号计算分析，获得
x模态控制回路的输出量和y模态控制回路的输出量，完成对谐振子的激励检测控制。
[0007]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺激励检测方法，所述第一载波信号与所述第二载波信号之间的频率差大于或等于200kHz。
[0008]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺激励检测方法，S10步骤包括：通过信号生成单元根据第一预设频率生成第一载波信号：其中，为第一预设频率；b为方波设定幅值；t1为第一生成时间；通过信号生成单元根据第而预设频率生成第二载波信号：其中，为第二预设频率；b为方波设定幅值；t2为第二生成时间。
[0009]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺激励检测方法，S20步骤包括：通过信号叠加单元将第一激励信号与第一载波信号叠加生成第一组合信号：其中，为第一激励信号的频率；t3为第一振动时间；为第一激励信号的相位；通过信号叠加单元将第二激励信号与第二载波信号叠加生成第二组合信号：其中，为第二激励信号的频率；t4为第二振动时间；为激励信号的相位。
[0010]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺激励检测方法，S30步骤包括：经切换单元对第一组合信号和第二组合信号转化为输出信号，并分时对应作用于x模态的激励电极和y模态的激励电极：其中，为波腹点电压；为波节点电压；t5为切换单元的切换时间t6为x模态时间；t7为y模态时间。
[0011]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺激励检测方法，S30步骤还包括：通过检测单元将第一振动信号转化为第一电压信号：其中，C
x
为表头电极电容；C
f
为检测单元反馈电容；A为转换系数；通过检测单元将第二振动信号转化为第二电压信号：其中，C
x
为表头电极电容；C
f
为检测单元反馈电容；A为转换系数。
[0012]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺激励检测方法，S40步骤包括：通过高通滤波器HPF滤除第一电压信号中耦合的第一激励信号，获得第一解耦信号U
H1
，表示式为：；通过高通滤波器HPF滤除第二电压信号中耦合的第二激励信号，获得第二解耦信号U
H2
，表示式为：。
[0013]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺激励检测方法，S50步骤包括：通过低通滤波器LPF采用乘法解调方式对第一解耦信号解调，获得第一解调振动信号Y1和，表示式为：；通过低通滤波器LPF采用乘法解调方式对第二解耦信号解调，获得第二解调振动信号Y2和，表示式为：。
[0014]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺激励检测方法，S60包括：通过数模转换器将x模态控制回路的输出量和y模态控制回路的输出量输出至谐振子。
[0015]本专利技术还提供一种半球谐振陀螺激励检测系统，用以执行如上任一项所述的半球谐振陀螺激励检测方法，包括：信号生成单元，用以生成第一激励信号、第二激励信号、第一载波信号和第二载波信号；信号叠加单元，包括加法器，所述加法器与所述信号生成单元电连接，用以将第一激励信号与第一载波信号叠加生成第一组合信号，将第二激励信号与第二载波信号叠加生
成第二组合信号；切换单元，包括第一模拟开关和第二模拟开关，所述第一模拟开关的输入端与所述加法器的输出端电连接，所述第一模拟开关的输出端与谐振子电连接，所述谐振子与所述第二模拟开关的输入端电连接；所述第二模拟开关的输出端与电荷放大器；解耦单元，包括电荷放大器和高通滤波器，所述电荷放大器的输入端与所述第二模拟开关的输出端电连接，所述电荷放大器的输出端与所述高通滤波器的输入端电连接；信号解调单元，包括信号解调器和低通滤波器，所述信号解调器的输入端与所述高通滤波器的输出端电连接；所述信号解调器的输出端与所述低通滤波器的输入端电连接；控制单元，所述控制单元的输入端通过模数转换器与所述低通滤波器的输出端电连接，所述控制单元的输出端通过数模转换器与所述谐振子电连接。
[0016]本专利技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本专利技术提供的半球谐振陀螺激励检测方法及系统，包括如下步骤：S10、通过控制单元输出第一激励信号和第二激励信号，通过信号生成单元输出第一载波信号和第二载波信号，其中，第一载波信号和第二载波信号为错频信号；S20、通过信号叠加单元将第一激励信号与第一载波信号叠加生成第一组合信号，将第二激励信号与第二载波信号叠加生成第二组合信号；S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半球谐振陀螺激励检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S10、通过控制单元输出第一激励信号和第二激励信号，通过信号生成单元输出第一载波信号和第二载波信号，其中，第一载波信号和第二载波信号为错频信号；S20、通过信号叠加单元将第一激励信号与第一载波信号叠加生成第一组合信号，将第二激励信号与第二载波信号叠加生成第二组合信号；S30、通过切换单元以设定切换周期切换x模态和y模态，并将第一组合信号施加至x模态的激励电极，将第二组合信号施加至y模态的激励电极，利用检测单元对x模态的激励电极的第一振动信号和y模态的激励电极的第二振动信号分时进行检测提取，并对应转化为第一电压信号和第二电压信号；S40、通过解耦单元分别滤除第一电压信号中耦合的第一激励信号和第二电压信号中耦合的第二激励信号，对应获得第一解耦信号和第二解耦信号；S50、通过信号解调单元分别对第一解耦信号和第二解耦信号进行解调，获得第一解调振动信号和第二解调振动信号；S60、通过控制单元分别对第一解调振动信号和第二解调振动信号计算分析，获得x模态控制回路的输出量和y模态控制回路的输出量，完成对谐振子的激励检测控制。2.根据权利要求1所述的半球谐振陀螺激励检测方法，其特征在于，所述第一载波信号与所述第二载波信号之间的频率差大于或等于200kHz。3.根据权利要求1所述的半球谐振陀螺激励检测方法，其特征在于，S10步骤包括：通过信号生成单元根据第一预设频率生成第一载波信号：其中，为第一预设频率；b为方波设定幅值；t1为第一生成时间；通过信号生成单元根据第而预设频率生成第二载波信号：其中，为第二预设频率；b为方波设定幅值；t2为第二生成时间。4.根据权利要求3所述的半球谐振陀螺激励检测方法，其特征在于，S20步骤包括：通过信号叠加单元将第一激励信号与第一载波信号叠加生成第一组合信号：其中，为第一激励信号的频率；t3为第一振动时间；为第一激励信号的相位；通过信号叠加单元将第二激励信号与第二载波信号叠加生成第二组合信号：
其中，为第二激励信号的频率；t4为第二振动时间；为激励信号的相位。5.根据权利要求4所述的半球谐振陀螺激励检测方法，其特征在于，S30步骤包括：经切换单元对第一组合信号和第二组合信号转化为输出信号，并分时对应作用于x模态的激励电极和y模态的激励电极：其中，为波腹点电压；为波节点电压；t5为切换单元的切换时间t6为x模态时间；t7为y模态时间。6.根据权利要求5所述的半球谐振陀螺激励检测方法，其特征在于，S30步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：史炯，王宝琛，张悦，周雨竹，李世杨，王泽涛，赵丙权，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：