[发明专利]一种力平衡闭环检测下的陀螺带宽拓展方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种力平衡闭环检测下的陀螺带宽拓展方法、装置及系统，应用于力平衡闭环检测系统，力平衡闭环检测系统包括幅度调制检测电路、放大电路和双路力平衡检测电路，该方法包括：预先确定出幅度调制检测电路中与陀螺带宽呈正相关、且与输出噪声呈负相关的增益系数；对增益系数进行放大调节，以对陀螺带宽进行拓展。本发明在使用过程中能够实现在不放大电路噪声的情况下对陀螺带宽进行拓展。

技术领域

本发明实施例涉及微机械陀螺仪技术领域，特别是涉及一种力平衡闭环检测下的陀螺带宽拓展方法、装置及系统。

背景技术

硅微机械(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)振动陀螺具有尺寸小、重量轻、成本低等优点，在军事和民用领域具有广泛的应用前景。轴对称结构的圆盘谐振陀螺具有结构对称性好、能量传递效率高和抗振性好等优点，已成为高性能微机械陀螺的重要候选方案。由于真空封装的轴对称结构陀螺通常具有高Q(品质因数)值、低频差等特性，显著提高了机械灵敏度，但在传统开环检测下严重限制了带宽。力平衡(Force to Rebalance,FTR)闭环检测方法能够延展带宽、增大量程，提高检测稳定性，具有重要的应用价值。

系统带宽和角度随机游走(Angle Random Walk,ARW)是陀螺的两个重要性能指标。其中，带宽为陀螺仪能够检测到的角速率输入的频率范围，影响陀螺的应用。ARW反映陀螺的检测分辨率，其受检测输出中由陀螺和电路共同影响的低频电压噪声密度决定。对于频差较小的高Q值MEMS陀螺，常用FTR闭环检测方式来扩展带宽。图1所示为双路FTR闭环检测系统，包含正交反馈环路和科氏反馈环路，对信号拾取电路的输出进行同相和正交解调，经过低通滤波(Low Pass Filter,LPF)之后获得科氏响应和正交响应幅度值，再通过比例积分(Proportion Integration,PI)控制器产生两路反馈力来抵消正交力和科氏力，保持陀螺敏感模态相对静止。科氏通道的PI输出即为角速度检测输出。

FTR可以有效提高陀螺仪系统稳定性，且通过调整反馈增益可以改变闭环检测系统的带宽，然而带宽与输出噪声通常呈现矛盾关系。现有的闭环控制方案中为了实现高带宽，通常设置很大的放大电路增益，但这样也会把电路噪声放大，影响陀螺的检测分辨率及陀螺性能。

鉴于此，如何在不增加噪声水平的情况下扩展带宽，进一步提高陀螺性能是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种力平衡闭环检测下的陀螺带宽拓展方法、装置及系统，在使用过程中能够实现在不放大电路噪声的情况下对陀螺带宽进行拓展。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种力平衡闭环检测下的陀螺带宽拓展方法，应用于力平衡闭环检测系统，所述力平衡闭环检测系统包括幅度调制检测电路、放大电路和双路力平衡检测电路，包括：

预先确定出所述幅度调制检测电路中与陀螺带宽呈正相关、且与输出噪声呈负相关的增益系数；

对所述增益系数进行放大调节，以对所述陀螺带宽进行拓展。

可选的，所述预先确定出幅度调制检测电路中与陀螺带宽呈正相关、且与输出噪声呈负相关的增益系数的过程为：

依据预先建立的陀螺带宽关系式，确定出与陀螺带宽相关的各个第一增益系数；

依据预先建立的输出噪声关系式，确定出与所述输出噪声相关的各个第二增益系数；

从各个所述第一增益系数和各个所述第二增益系数中，确定出与陀螺带宽呈正相关、且与输出噪声呈负相关的增益系数。

可选的，所述陀螺带宽关系式为：