[发明专利]一种全对称微机电陀螺仪三轴角速度测量系统

说明书

本发明公开了一种全对称微机电陀螺仪三轴角速度测量系统，包括陀螺模块和陀螺控制系统；陀螺模块包括多个陀螺，陀螺控制系统按一定时序控制各个陀螺轮流反转工作模态，解算出陀螺的零偏值，并结合时序和零偏值实时校准各个陀螺的输出，给出系统的三轴角速度测量值。本发明采用在线实时校准零偏的方法尽可能地降低了陀螺仪零偏的漂移，提高陀螺系统的性能。与传统标定补偿的方法相比，不受陀螺零偏重复性的限制。本发明采用各个陀螺轮流进行模态反转的方式实现了三轴角速度的测量，相比于双陀螺采用模态反转实现单轴角速度测量的技术，更为高效、经济。

技术领域

本发明涉及微机电陀螺仪领域，特别是涉及微机电陀螺仪三轴角速度测量系统。

背景技术

微机电陀螺仪是利用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)技术加工而成的角速度传测量传感器，其具有体积小、功耗低、重量轻、成本低等一系列优点。目前广泛应用于很多领域，如汽车安全、工业控制、消费电子等。其最初诞生于上世纪80年代末，近年来随着制造工艺的发展和相关控制技术研究的深入，微机电陀螺仪的精度得到了快速提升。微机电陀螺仪零偏的漂移是其性能的主要限制因素之一。

三轴角速度的测量则面临与单轴测量的相同的零偏漂移问题。而为了改善微机电陀螺仪的零偏漂移，常用的方法是对零偏进行标定补偿。但该方法的缺点是依赖于陀螺仪零偏漂移的重复性。如果陀螺仪每次上电后的零偏漂移不完全重复，则无法利用标定的方法从根本上消除漂移。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种不受陀螺仪零偏漂移重复性的限制、能够有效降低零偏漂移的全对称微机电陀螺仪三轴角速度测量系统。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的全对称微机电陀螺仪三轴角速度测量系统，包括陀螺模块和陀螺控制系统；陀螺模块包括多个陀螺，陀螺控制系统按一定时序控制各个陀螺轮流反转工作模态，解算出陀螺的零偏值，并结合时序和零偏值实时校准各个陀螺的输出，给出系统的三轴角速度测量值。

进一步，所述陀螺具有X轴向激励机构、Y轴向激励机构、全对称谐振子、X运动检测机构和Y运动检测机构；X轴向激励机构将施加于其的电压转换为沿X轴向的静电力，使得全对称谐振子沿X轴向产生位移，X轴位移通过X运动检测机构转换为电压信号，电压信号作为陀螺控制系统的输入信号；Y轴向激励机构将施加于其的电压转换为Y轴向的静电力，使全对称谐振子沿Y轴产生位移，Y轴位移通过Y运动检测机构转换为电压信号，电压信号作为陀螺控制系统的输入信号。

进一步，陀螺控制系统包括模态反转时序控制器和多个输入选通器，输入选通器与陀螺一一对应，每个输入选通器均连接一个驱动检测闭环控制模块，每个驱动检测闭环控制模块均连接一个输出选通器；驱动检测闭环控制模块包含驱动闭环回路和力反馈闭环回路；模态反转时序控制器以一定的时序给出各个陀螺的模态反转控制信号，使得各个陀螺轮流进行模态反转：当模态反转控制信号为高电平时，模态反转时序控制器控制输入选通器和输出选通器将对应陀螺的X轴向接入驱动闭环回路，Y轴向接入力反馈闭环回路；当模态反转控制信号为低电平时，模态反转时序控制器控制输入选通器和输出选通器将对应陀螺的Y轴向接入驱动闭环回路，X轴向接入力反馈闭环回路。

进一步，所述陀螺控制系统包括模态反转时序控制器、零偏解算模块和零偏校准模块，零偏解算模块根据模态反转时序控制器确定的时序以及陀螺的输出信号解算出陀螺的零偏值，零偏校准模块根据零偏解算模块在模态反转时序控制器确定时序的上一个半周期内所解算得到的各个陀螺的零偏值，结合时序，实时校准各个陀螺的输出，给出系统的三轴角速度测量值。

进一步，所述陀螺有四个。

进一步，所有四个陀螺的敏感轴与Z轴的夹角均相同，第一个陀螺和第三个陀螺的敏感轴在XY平面内的投影均在X轴上且方向相反，第二个陀螺和第四个陀螺的敏感轴在XY平面内的投影均在Y轴上且方向相反。