本发明专利技术公开了一种可调谐微机械陀螺的恒频驱动方法及其装置，该方法包括驱动信号产生、调谐信号产生、信号检测、幅度和相位提取四个步骤，该装置包括可调谐微机械陀螺、驱动信号产生电路、电容/电压转换电路、调谐信号放大电路、第一数/模转换器、模/数转换器、第二数/模转换器和现场可编程门阵列芯片。本发明专利技术通过对交流驱动信号幅度和可调谐微机械陀螺自身谐振频率的自动调节，能使驱动输出信号的频率和幅度保持恒定，并且该信号与交流驱动信号的相位差也保持恒定。本发明专利技术实现简单，无需跟踪驱动模态的谐振频率，避免了系统中与频率相关的模块在时变频率下对系统带来的影响，能简化系统的信号处理过程，可提高系统稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微机械陀螺，尤其涉及一种可调谐微机械陀螺的恒频驱动方法及其装置。
技术介绍
微机械陀螺是一种感知外界转动信息的惯性传感器，因其体积小、功耗低、可批量产生等优点，逐渐在民用甚至军用领域得到重视。微机械陀螺的稳定工作需依赖于其驱动模态持续和稳定的振动，而微机械陀螺本身参数的漂移对驱动模态的振动控制电路提出了一定的要求。带有调谐结构的微机械陀螺由于对制造工艺不完善造成的器件缺陷具有一定的 弥补作用而得到了广泛研究，多种结构的可调谐微机械陀螺也开始被广泛研制出来，加工可调谐微机械陀螺在技术上已得到实现。现有的微机械陀螺驱动技术普遍使驱动信号适应微机械陀螺参数的漂移而变化，以保证驱动模态振动信号的幅度保持恒定，但振动信号的频率却往往是变化的，这不但增加了微机械陀螺系统信号处理的复杂性，也会影响系统中与频率相关模块工作的稳定性，进而导致陀螺信号检测的不稳定性。因此，现有的微机械陀螺驱动方法本身会对微机械陀螺系统带来一定的不稳定性。现有的微机械陀螺驱动技术中也不乏可以保持驱动频率不变的技术，但这些技术或是要求信号检测电路不能存在较大的延时，或是要求较为复杂的控制电路。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，同时利用日益广泛的可调谐微机械陀螺，提供一种可调谐微机械陀螺的恒频驱动方法及其装置。可调谐微机械陀螺的恒频驱动方法是恒频驱动信号相对于参考频率源具有恒定的频率，通过相位差检测得到恒频驱动信号与驱动模态输出信号的相位差信号，利用相位差信号来反馈控制得到调谐信号，将调谐信号施加于可调谐微机械陀螺的调谐结构上，调整可调谐微机械陀螺驱动模态的谐振频率，使驱动模态的谐振频率锁定在恒频驱动信号的频率上。方法的具体步骤如下 1)交流驱动信号产生模块根据幅度和相位提取模块输出的幅度信号来产生交流驱动信号，同时载波信号产生模块产生载波信号，交流驱动信号与载波信号经相加后产生交流信号，交流信号输入驱动信号产生模块，驱动信号产生模块根据输入的交流信号和模块自身的直流偏置来产生驱动信号，输入至可调谐微机械陀螺的驱动信号输入端以产生静电驱动力来驱动可调谐微机械陀螺振动，同时完成载波调制； 2)调谐信号产生模块根据幅度和相位提取模块输出的相位信号来产生调谐信号，输入至可调谐微机械陀螺的调谐信号输入端来调整微机械陀螺的谐振频率；3)信号检测模块检测可调谐微机械陀螺随静电力作用而产生的振动信号，将振动信号转换成可测量的电压信号，同时完成对调制信号的解调； 4)幅度和相位提取模块对信号检测模块输出的电压信号进行幅度和相位提取，得到相位信号和幅度信号，将相位信号输入至调谐信号产生模块，将幅度信号输入至交流驱动信号产生模块。所述调谐信号产生模块是将如步骤4)所述的相位信号与驱动模态谐振时的参考相位进行对比，得到误差信号，将误差信号通过控制器控制来自适应地产生调谐信号，调谐信号加上偏置量后输入至可调谐微机械陀螺的调谐结构上，用以补偿可调谐微机械陀螺谐振频率的变化，保持如步骤4)所述的相位信号恒定。 所述交流驱动信号产生模块是将如步骤4)所述的幅度信号与驱动模态谐振时的参考幅度进行对比，得到误差信号，将误差信号通过控制器控制来自适应地改变交流驱动信号的幅度，保持如步骤4)所述的幅度信号恒定。可调谐微机械陀螺的恒频驱动装置包括可调谐微机械陀螺、驱动信号产生电路、电容/电压转换电路、调谐信号放大电路、第一数/模转换器、模/数转换器、第二数/模转换器和现场可编程门阵列芯片，可调谐微机械陀螺的输出端与电容/电压转换电路的输入端连接，电容/电压转换电路的输出端与模/数转换器的输入端连接，模/数转换器的输出端与现场可编程门阵列芯片的输入端连接，现场可编程门阵列芯片的第一输出端与第一数/模转换器的输入端连接，现场可编程门阵列芯片的第二输出端与第二数/模转换器的输入端连接，第一数/模转换器的输出端与驱动信号产生电路的输入端连接，第二数/模转换器的输出端与调谐信号放大电路的输入端连接，驱动信号产生电路的输出端与可调谐微机械陀螺的驱动信号输入端连接，调谐信号放大电路的输出端与可调谐微机械陀螺的调谐信号输入端连接；所述的现场可编程门阵列芯片内部完成载波产生/同步解调、幅度和相位提取、交流驱动信号产生、载波信号产生、调谐信号产生、交流驱动信号与载波信号相加的功能，现场可编程门阵列芯片的第一输出端输出交流驱动信号与载波信号之和，交流驱动信号与载波信号之和经第一数/模转换器和驱动信号产生电路后输入可调谐微机械陀螺，现场可编程门阵列芯片的第二输出端输出调谐信号，调谐信号经第二数/模转换器和调谐信号放大电路后输入可调谐微机械陀螺，可调谐微机械陀螺的输出信号经电容/电压转换电路转换成电压信号，电压信号经模/数转换器输入现场可编程门阵列芯片的输入端进行信号处理，可调谐微机械陀螺的谐振频率随时间的漂移可通过调谐电压的自动调整实现补偿，可调谐微机械陀螺驱动幅度随时间的漂移可通过交流驱动信号幅度的自动调整实现补m\-ΖΧ ο所述的驱动信号产生电路为输入信号分别与第一电阻R1和第十二电阻R12的一端连接，第一电阻R1的另一端与第一运算放大器的负输入端连接，第一运算放大器的正输入端与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地，第一运算放大器的负输入端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与第一运算放大器的输出端连接，第一运算放大器的输出端与第七电阻R7的一端连接，第七电阻R7的另一端与第二运算放大器的负输入端连接，第二运算放大器的正输入端与第九电阻R9的一端连接，第九电阻的另一端接地，第五电阻R5的一端接电源，第五电阻R5的另一端分别与第四电阻R4、第六电阻R6和第十三电阻R13的一端连接，第四电阻R4的另一端接地，第六电阻R6的另一端与第二运算放大器的负输入端连接，第二运算放大器的负输入端与第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端与第二运算放大器的输出端连接，第十二电阻R12的另一端与第三运算放大器的正输入端连接，第三运算放大器的负输入端分别与第十电阻Rltl和第十一电阻R11的一端连接，第十电阻Rltl的另一端接地，第十一电阻R11的另一端与第三运算放大器的输出端连接，第三运算放大器的输出端与第十四电阻R14的一端连接，第十四电阻R14的另一端与第四运算放大器的负输入端连接，第十三电阻R13的另一端与第四运算放大器的负输入端连接，第四运算放大器的正输入端与第十六电阻R16的一端连接，第十六电阻R16的另一端接地，第四运算放大器的负输入端与第十五电阻R15的一端连接，第十五电阻R15的另一端与第四运算放大器的输出端连接。所述的电容/电压转换电路为可调谐微机械陀螺的两组差分敏感电容CjP C2的一端分别与第二运算放大器和第四运算放大器的输出端连接，两组差分敏感电容CdP C2的公共端与第五运算放大器的负输入端连接，第五运算放大器的正输入端接地，第五运算 放大器的负输入端分别与第三电容C3和第十七电阻R17的一端连接，第三电容C3和第十七电阻R17的另一端均与第五运算放大器的输出端连接。所述的调谐信号放大电路为输入信号与第二i 电阻R21的一端连接，第二i电阻R21的另一端与第六运算放大器的负输入端连接，第六运算放大器的正输入端与第二十三电阻R2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可调谐微机械陀螺的恒频驱动方法，其特征在于恒频驱动信号相对于参考频率源具有恒定的频率，通过相位差检测得到恒频驱动信号与驱动模态输出信号的相位差信号，利用相位差信号来反馈控制得到调谐信号，将调谐信号施加于可调谐微机械陀螺的调谐结构上，调整可调谐微机械陀螺驱动模态的谐振频率，使驱动模态的谐振频率锁定在恒频驱动信号的频率上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：金仲和，朱辉杰，胡世昌，刘义东，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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