[发明专利]音叉敏感结构修调在线测试方法及角速率传感器

说明书

本发明提供了一种音叉敏感结构修调在线测试方法及角速率传感器，该方法包括：求取驱动模态的谐振频率；向驱动通道施加激励电压频率值为驱动模态的谐振频率的激励信号以及产生机械耦合解调参考信号幅值；获取机械耦合误差信号幅值以及实际的驱动模态谐振频率；求取激励电压为白噪声下的检测模态的谐振频率；获取实际的检测模态谐振频率；根据实际的驱动模态谐振频率和实际的检测模态谐振频率求取谐振频率差值；判断当前机械耦合误差信号幅值以及谐振频率差值是否满足要求，如果未满足，则进行修调，重复上述步骤，直至修调后的敏感结构满足测试要求。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中无法准确测量音叉敏感结构的耦合误差量的技术问题。

技术领域

本发明涉及敏感结构激光精密修调技术领域，尤其涉及一种音叉敏感结构修调在线测试方法及角速率传感器。

背景技术

在石英音叉敏感结构加工过程中，由于加工工艺误差以及石英材料本身所固有的各向异性特性，加工出的敏感结构总是不完全对称，这种不对称性在石英音叉敏感结构作为角速率传感器时，作为误差信号输出。具体表现为：当外界沿角速率传感器输入轴的角速度为零时，正常情况下，敏感结构的两个驱动叉指在平面内做反相差模运动，无面外运动存在，因为敏感机构加工的不对称性，导致两个驱动叉指在做面内反相差模运动的同时，在面外也存在一个反相的差模运动，这种运动通过结构耦合至检测叉指，形成了虚假的角速率信号输出，这个虚假的角速率输出信号就是机械耦合误差。这个误差信号同真实的角速率输出信号在相位上相差90°，因此也叫做正交误差信号。

机械耦合误差是角速率传感器的主要误差信号。当机械耦合较大时，有时甚至会引起电路饱和，对角速率传感器的精度会产生较大影响。抑制机械耦合误差的方式有多种，比如电路上可以采取措施一定程度上抑制，但有效的措施还在于通过结构修调工艺，精密调整敏感结构的质心，改善敏感结构的对称性，达到抑制机械耦合的目的。为了实现对敏感结构的修调，通常在音叉加工过程中，采用电镀或其它工艺在需要修调的部位沉积一层金膜，厚度在2um至20um，然后用激光有选择地去除。在结构修调过程，确定金膜的去除位置及去除量多少，依赖于对敏感结构耦合误差量的测量。在耦合误差量测试的同时，通过修调，实现敏感结构驱动和检测两个模态谐振频率差值的控制。

当前，在结构修调过程中，针对耦合误差量的测试方法，由于耦合误差量在物理上主要表现为检测叉指在面外的运动信息。在国外的同类技术中，有采用光学测量方式，即采用激光干涉仪测量位移信息，位移幅值大小同耦合量大小成正相关。另一方面，由于结构自身表面制备了电极，叉指的位移信号可转化为电荷或电容，通过外部检测电路转换为电压信号进行检测。因此，对耦合误差量的测试可采用电信号测试方式。敏感结构驱动和检测两个模态谐振频率差值的控制，主要通过修调过程实时测量敏感结构驱动模态谐振频率、检测模态谐振频率，在测试软件中求取差值，根据差值信息确定修调策略。光学测试方案采用的测试设备昂贵、测试过程需保持探头同敏感结构的检测叉指垂直，垂直度影响信号强度，激光修调过程，激光头同敏感结构表面垂直，在修调设备中不易将两者集成；电信号测试方案中，传感器内部电路的电信号干扰耦合，会影响耦合误差量的准确测量。

发明内容

本发明提供了一种音叉敏感结构修调在线测试方法及角速率传感器，能够解决现有技术中无法准确测量音叉敏感结构的耦合误差量的技术问题。