[发明专利]一种可在线自校准的双模式差分谐振式陀螺仪系统

说明书

本发明公开了一种可在线自校准的双模式差分谐振式陀螺仪系统，该系统在力平衡模式同时驱动第一模态和第二模态，并同时检测第一模态和第二模态，从而在同一个陀螺结构上实现两个力平衡模式的谐振陀螺，并通过双模式差分，可完全抑制刚度正交误差和阻尼正交误差的干扰。本发明采用完全的物理手段对刚度正交误差和阻尼正交误差进行数学消除，避免了力平衡模式中使用电路手段仅能对刚度正交误差进行抑制的不足，简化了控制电路的复杂度，可实现谐振式陀螺零位误差的在线自校准。

技术领域

本发明涉及谐振式陀螺仪领域，具体涉及一种可在线自校准的双模式差分谐振式陀螺仪系统。

背景技术

以半球谐振陀螺、多环陀螺为代表的谐振式陀螺，是一种新型的高精度振动陀螺。其主要利用一组完全正交的简并模态，分别作为驱动模态和检测模态使用来敏感科氏力效应。

现有谐振式陀螺的工作模式主要分为两类：一、全角度模式，即谐振子的驻波自由进动，通过驻波角度来敏感角度信息；二、力平衡模式，即将谐振子驻波绑定在第一模态(P模态)上进行驱动，通过第二模态(Q模态)进行检测来敏感角速度信息。

但是，由于陀螺本身的材料、工艺误差等非理想因素，谐振式陀螺的两模态间无法实现理论上的绝对正交，使用上述两种工作模式必然会引入阻尼和刚度的非理想正交误差，从而严重制约谐振式陀螺的性能水平。现有解决方案，主要通过电路补偿的方式，对刚度正交误差进行补偿，但对阻尼正交误差缺乏手段。

发明内容

本发明的目的是提供了一种双模态差分的谐振式陀螺仪系统，该系统通过双模式差分，对于开环系统，由两模态检测电极上检测信号的差分作为陀螺输出信号；对于闭环系统，由两模态驱动电极上控制信号的差分作为陀螺输出信号，可完全抑制刚度正交误差和阻尼正交误差的干扰。

为了达到上述目的，本发明提供了一种可在线自校准的双模式差分谐振式陀螺仪系统，所述系统包含：

沿中心轴对称的谐振子；

4个驱动电极，所述谐振子在驱动电极的作用下，同时激发两个谐振模态，记为第一模态和第二模态，并对所述谐振子进行运动状态控制；其中一半驱动电极用于第一模态的驱动，另一半驱动电极用于第二模态的驱动；

4个检测电极，所述检测电极监测上述两个谐振模态的运动状态，形成检测信号；第一模态的检测信号记为第一检测信号，第二模态的检测信号记为第二检测信号；其中，一半检测电极用于第一模态的监测，另一半检测电极用于第二模态的监测；

控制电路模块，通过对第一检测信号和第二检测信号进行差分，得到谐振子的角速度信息。

较佳地，所述谐振子几何结构沿中心对称，且沿轴对称。

较佳地，所述谐振子能沿其质量中心的轴线旋转任意角度均对称。

较佳地，所述谐振子的结构形式包含半球形、球形、圆形、盘形、环形、多环形、圆柱形中的至少一种。

较佳地，所述第一模态和第二模态由驱动电极同时激发，且两个模态同频、同幅、同相。

较佳地，所述系统还包含支撑结构。

本发明还提供一种可在线自校准的双模式差分谐振式陀螺仪系统的用途，应用于开环控制系统和/或闭环控制系统的误差校准。

本发明还提供一种可在线自校准的双模式差分谐振式陀螺仪系统应用于开环系统的误差校准方法：

S1：所述驱动电极对所述谐振子发出控制信号，激发出两个谐振模态，即第一模态、第二模态，并对所述谐振子进行运动状态控制；

S2：所述检测电极监测上述两个谐振模态的运动状态，第一模态的检测信号记为第一检测信号，第二模态的检测信号记为第二检测信号；