[发明专利]石英微机械陀螺敏感器件温度测量方法及温度补偿电路

说明书

技术领域

本发明涉及石英微机械陀螺的核心部件-敏感器件，具体指敏感器件温度测量方法，本方法能为石英微机械陀螺的温度补偿电路提供准确的温度信息。同时，基于本方法设计了石英微机械陀螺温度补偿电路。

背景技术

石英微机械陀螺具有体积小、重量轻、可靠性高、适合大批量生产等特点，可以在很多需要测量角速度的系统中使用，具有广阔的应用前景和市场。由于环境温度对其零位电压、标度因数等技术指标有一定影响，在工程应用中需要通过温度补偿措施消除或减弱温度误差，以提高该产品的环境适用性。现有许多同类产品中都使用了温度补偿技术。在温度补偿电路中，温度信息是补偿算法的依据，需要实时地精确获取，即温度补偿的关键点是实时、精确地获取音叉温度信息。常规的方法是在石英微机械陀螺中装入温度传感器IC(或热敏电阻等)，根据其输出得到温度信息，见图1。

石英微机械陀螺由敏感器件和处理电路组成。敏感器件是陀螺的核心，其内部为双端音叉结构。音叉的性能随温度发生变化，是温度误差的根源。为了达到精确补偿的目的，必须准确获取音叉上的温度信息。本发明所述的敏感器件温度即指敏感器件音叉温度。由于敏感器件结构的特殊性，温度传感器无法封装于敏感器件内部。在敏感器件外壳上贴装温度传感器，既影响敏感器件性能，又影响电路结构的可靠性。常规的方法是将温度传感器安装在电路板上尽量靠近敏感器件的位置。采用这种技术措施，音叉温度传递到温度传感器的过程将受到以下两种介质传热性能的影响：

①音叉与敏感器件外壳之间的气体

②敏感器件外壳与温度传感器之间的介质

常规方法只能在陀螺内部达到热平衡时，才能准确获取音叉上的温度信息。在温度变化过程中，这种温度信息不能反映音叉的即时温度。因此，依据这种温度信息进行补偿的实时性较差。在实际应用中，环境温度是随时变化的，变化方向和变化速率都不能预先确定，当温度变化速率较快时，由于迟滞效应，补偿结果将会产生严重偏离，导致石英微机械陀螺测量角速率的误差很大甚至出现错误的判断。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种石英微机械陀螺敏感器件温度测量方法，本方法能显著提高石英微机械陀螺敏感器件温度测量的准确度和实时度，从而为温度补偿电路提供准确、实时的温度信息。本发明同时基于该测量方法设计了石英微机械陀螺温度补偿电路。

本发明石英微机械陀螺敏感器件温度测量方法为：通过测量幅控电压发生器的输出电压Vk，根据关系式Vk＝-aT+b，即得到音叉温度T。

具体测量方法为：

(1)在石英微机械陀螺的上、下极限工作温度点对幅控电压发生器输出电压Vk进行标定，从而确定Vk与敏感器件音叉温度T的关系式Vk＝-aT+b中a和b的值；

(2)实时测量幅控电压发生器输出电压Vk，从而根据关系式Vk＝-aT+b得到实时的敏感器件音叉温度T。

其中，第(2)步音叉温度T的具体确定方法为：在石英微机械陀螺的工作温度范围内，将Vk信号提取出来，经过信号调理电路变换为固定范围内的直流电压，该直流电压与敏感器件音叉温度T存在确定的对应关系，从而获得音叉温度信息。

基于上述测量方法，只需要在幅控电压发生器的输出端和温度补偿电路输入端之间增设信号调理电路即可，温度补偿电路即能获得及时、准确的音叉温度信号，从而进行实时、准确的温度补偿。

本发明利用石英音叉自身的温度特性，获得真实的音叉温度信息。与传统的温度传感器测试方法相比，本方法温度信息的实时性、准确性大幅度提高。温度测量电路与正确的补偿手段相结合，对石英微机械陀螺进行温度补偿，可大幅度提高陀螺在复杂温度环境中的精度。

附图说明

图1-现有的带温度补偿的石英微机械陀螺原理框图；

图2-本发明敏感器件内部温度测量原理框图；

图3-幅控电压发生器输出电压Vk和温度关系曲线；

图4-本发明一个具体的信号调理电路。

具体实施方式

振荡器电路基本工作原理如下：

敏感器件的驱动音叉引出两个电极，分别是驱动端和反馈端。图2中Ud是振荡电路驱动信号，接入驱动端使驱动音叉振动。Uf是反馈端的输出经缓冲器后获得的反馈信号。反馈信号接入幅控放大器后，电路满足振荡条件，驱动音叉以其固有频率产生振动。

电路正常工作中，当Uf发生变化时，通过检波、比较和低通滤波电路，产生误差信号Ve，使幅控电压发生器的输出电Vk产生与误差信号相同方向的改变。Vk反向控制幅控放大器，改变驱动信号Ud的振幅，Uf随之发生反向变化，直至误差信号Ve为零，达到保持Uf恒定的目的。