[发明专利]一种硅微机械陀螺仪标度因数在线自校准系统

权利要求书

1.一种硅微机械陀螺仪标度因数在线自校准系统，其特征在于，包括C/V驱动检测接口电路、C/V检测接口电路、自动增益控制电路AGC、控制开关、现场可编程门阵列FPGA、数模转换器DAC、模数转换器ADC；

所述陀螺仪C/V驱动检测接口电路输入端与硅微机械陀螺的驱动检测电极相连，将驱动检测电极获得的驱动检测电流信号Ids转化为驱动检测电压Vds信号；所述自动增益控制电路AGC将驱动检测电压Vds信号进行幅度控制，输出驱动电压Vd到硅微机械陀螺的驱动电极，用以驱动硅微机械陀螺；所述C/V检测接口电路与硅微机械陀螺的检测电极一端相连；所述控制开关的输出端D与硅微机械陀螺的检测电极另一端相连，其中一源终端S1与C/V检测接口电路相连，另外一源终端S2和所述数模转换器DAC相连；所述C/V检测接口经模数转换器ADC与现场可编程门阵列FPGA相连；所述数模转换器DAC与可编程门阵列FPGA相连；当终端S1与输出端D接通时，所述现场可编程门阵列FPGA将转化后的信号进行相敏解调，获得硅微机械陀螺的输出信号；当终端S2与输出端D接通时，所述C/V检测接口电路与硅微机械陀螺的检测电极的一端接通；所述现场可编程门阵列FPGA产生自校准参考信号Vp，经数模转换器DAC进行模数转换，将转换后的模拟信号施加到检测电极的另一端；所述C/V检测接口电路将检测电极获得的检测电流Is+转换成检测电压Vs，同时将自校准参考信号Vp在检测电极上产生的校准检测电流信号Is_p转换成校准电压信号Vs_p；所述模数转换器ADC将检测电压Vs、驱动检测电压Vds、校准电压Vs_p进行模数转换，所述现场可编程门阵列FPGA将转化后的数字信号进行相敏解调，参数获取，进行标度因数自校准，将校准后的硅微机械陀螺的信号进行输出。

2.根据权利要求1所述的硅微机械陀螺仪标度因数在线自校准系统，其特征在于，所述自动增益控制电路AGC包括全波整流电路、低通滤波电路、PI控制电路、乘法器；

所述全波整流电路、低通滤波电路用以将驱动检测电压Vds进行整流、滤波获得驱动检测电压Vds的幅值；

所述PI控制电路用于将驱动检测电压Vds幅值与参考电压Vref进行比较，并将比较的差值经过积分输出一个直流增益信号Vg；

所述乘法器将驱动检测电压Vds乘以增益信号Vg输出驱动电压Vd，实现陀螺仪稳定的闭环驱动。

3.根据权利要求1所述的硅微机械陀螺仪标度因数在线自校准系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列FPGA包括数字滤波模块、第一相敏解调模块、第二相敏解调模块、驱动模态频率提取模块、控制信号生成模块、自校准参考信号生成模块、检测模态频率提取模块、标度因数自校准模块、串口模块；

所述控制信号生成模块用以生成控制开关的控制信号，驱动控制开关的两路的通断以及作为自校准信号的解调基准；

所述自校准参考信号生成模块用以产生数字自校准参考信号Vp；

所述第一相敏解调模块用以将经过滤波模块之后的数字检测信号Vs和数字驱动检测信号Vds进行相敏解调，获取检测信号Vs幅值；

当控制信号处于低电平状态时：所述数字滤波模块用于对数字检测电压信号Vs进行滤波；

当控制信号处于高电平状态时，所述数字滤波模块用于将模数转换后的检测电压信号Vs和校准电压信号Vs_p混杂的数字信号进行分解；得到数字检测电压信号Vs和数字校准电压信号Vs_p；所述第二相敏解调模块用以将数字校准电压信号Vs_p和数字自校准参考信号Vp进行相敏解调，获取检测信号Vs_p幅值；

所述驱动模态频率提取模块用于在控制开关处于高电平状态对驱动检测电压信号Vds的频率值进行实时获取，并传输到标度因数自校准模块；

所述检测模态频率提取模块用于在控制开关处于高电平状态对检测电压信号Vs的频率值进行实时获取，并传输到标度因数自校准模块；

所述标度因数自校准模块用以对标度因数进行实时校准。

4.根据权利要求3所述的硅微机械陀螺仪标度因数在线自校准系统，其特征在于，所述自校准参考信号生成模块所施加的自校准参考信号其频率f_p需满足条件：f_s＞f_d＞f_p，其中f_d为驱动模态固有频率，f_s为检测模态固有频率。

5.根据权利要求3所述的硅微机械陀螺仪标度因数在线自校准系统，其特征在于，所述标度因数自校准模块补偿后的陀螺实时G_{out_c}(t)输出：

其中Δf₀为某个温度点的频差，Δf为检测模态实时频率与驱动模态实时频率，G_out(t)为实时陀螺未补偿输出，f_d(t)为驱动模态实时频率，f_s(t)为检测模态实时频差，c'为常系数，P_m自校准为参考信号的幅值，P_m'(t)为输出后参考信号的实时幅值，f_p为自校准参考信号的频率。