[发明专利]一种多表头陀螺数字化驱动及检测方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种多表头陀螺数字化驱动及检测方法，属于微机械陀螺信号处理领域。

二、背景技术

微机械陀螺是典型的惯性器件。它相对于传统机械陀螺、光纤陀螺和激光陀螺而言，具有外形尺寸小、重量轻、功耗低、启动快、成本低、可靠性高和易于数字化等优点，因此应用范围迅速扩大，可以用于汽车防侧翻，飞行姿态控制，卫星姿态控制，相机防抖动，汽车导航系统，微型无人机等各个方面。陀螺电路是微机械陀螺的重要组成部分。传统的模拟电路，因为模拟器件本身的特性，不可避免的引入温漂，也难以精确实现自标定和自校准，而数字电路在运算过程不会存在温漂，容易实现自标定和自校准。微机械陀螺驱动电路分开环和闭环：开环驱动电路都是用固定频率的信号去驱动陀螺工作；闭环驱动电路是使用自激振荡或锁相环的方法使陀螺表头工作在谐振频率上。对于微机械陀螺系统来说，长时间的工作后，整个系统就存在严重的温漂，所以开环驱动不能用于长时间的工作。申请专利号为200810223041的专利，提出一种微机械陀螺自激驱动解调装置，通过输入信号接口电路获取微机械陀螺驱动质量块和检测质量块的振动位移电压信号，单片机芯片通过幅值提取级自动增益控制算法生成增益控制信号传给自动增益控制系统，自动增益控制系统根据增益控制信号和输入信号接口电路传送来的驱动位移信号产生可变电压，反馈给陀螺驱动端实现对陀螺驱动信号的调整，同时在单片机内部解调算出输入角速度。该发明使用单片机作信号处理，能降低系统温漂，利于实现集成化。但也存在不足：陀螺表头谐振频率偏差较大时系统稳定性差。

三、发明内容

为了克服现有技术上的缺陷，本发明提出一种多表头陀螺数字化驱动及检测方法，利用扫频的方法实现陀螺表头谐振频率的锁定，并对驱动信号幅值大小进行及时校正，同时检测出角速度信号。

参阅图1，本方法通过数字方法产生载波V_i，同时由驱动电路产生驱动信号V_d1，V_d2…V_dN，将载波V_i和驱动信号V_d1，V_d2…V_dN依次加载到陀螺表头1，陀螺表头2……陀螺表头N上面，N≥2，检测驱动模态电容C₁，C₂…C_N，根据检测到的信号调整驱动信号V_d1，V_d2…V_dN，使N个陀螺表头工作在谐振点。在陀螺驱动的基础上，检测敏感模态电容C′₁，C′₂…C′_N，得到N个陀螺的角速度信号由控制器根据N个陀螺的扫频状态S₁，S₂…S_N，处理检测到的角速度信号输出最终角速度

对于每个陀螺表头n，n取值为1，2，…，N，其后置电路主要由陀螺驱动和角速度检测两个部分构成。本文将陀螺表头n和其后置的驱动及检测电路，除输出控制外，称为陀螺n。

一种多表头陀螺数字化驱动方法，包括如下步骤：

步骤一：在陀螺表头n上加载初始驱动信号V_dn和载波信号V_i，信号加载后陀螺表头中的质量块会振动，振动的幅值反映为两个极板之间电容C_n。

其中，驱动信号V_dn的频率为ω_dn。数字芯片内部NCO(数字控制振荡器)产生固定频率正弦波信号然后经过后置处理，得到模拟的正弦信号V_i。后置处理依次包含D/A转换(数字信号到模拟信号转换)、低通滤波、放大过程，本文下面提到的后置处理过程也相同。而且，本文中提到的模拟信号X对应的数字信号都表示为

步骤二：检测陀螺表头n驱动模态电容C_n。通过电荷放大器或跨阻放大器，进行C/V转换(电容量到电压信号的转换)，将驱动模态的极板电容C_n的变化量ΔC_n，转化为电压信号C_an。

步骤三：将上一步得到的陀螺n的电压信号V_an，通过A/D转换(模拟信号到数字信号转换)，转化成数字信号送入数字信号处理芯片。

步骤四：将上一步得到的数字信号经过幅值检测，得到信号的幅值