[发明专利]基于分时复用的石英音叉谐振陀螺测控电路

说明书

本发明测控电路技术领域，公开了一种基于分时复用的石英音叉谐振陀螺测控电路。其中，该测控电路包括驱动回路自激振荡电路以及力反馈和检测电路，所述驱动回路自激振荡电路包括第一转换单元、比较单元、调节单元和电子开关，所述力反馈和检测电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第二转换单元、第五开关、第六开关、第七开关、放大单元和力反馈控制器。由此，可以在驱动通道的激励和检测通道的振动检测之间进行高频切换的分时复用，从而消除二者之间的电耦合，解决了驱动回路和检测回路之间的电耦合影响陀螺输出的零位飘移稳定性问题，提高了陀螺的零位飘移稳定性。

技术领域

本发明涉及测控电路技术领域，尤其涉及一种基于分时复用的石英音叉谐振陀螺测控电路。

背景技术

基于哥氏力耦合原理的谐振陀螺具有两个正交的谐振模态，初级振动模态(驱动模态)和检测振动模态。初级振动模态通过驱动电极首先被激励，以提供产生哥氏力耦合所需的音叉叉齿在x轴方向上的面内线速度。在z轴方向上的旋转输入Ω导致初级振动模态的振动能量通过哥氏力耦合原理被耦合到检测振动模态，引起检测通道在y轴方向上的面外振动，此耦合振动的幅度和旋转速度成正比。对检测通道的振动通过检测电极进行检测、放大、同步检波等处理得到旋转速率。谐振陀螺测控电路至少具有一个由锁相环和自动增益环节组成的闭环驱动控制回路，用于初级振动的谐振频率自动跟踪以及振动幅度的稳定调节。检测振动模态的耦合振动可以通过开环或者闭环方式读出。

陀螺传感器的零位漂移稳定性是衡量其性能的一个重要指标，影响陀螺零位稳定性的因数很多，典型的影响因数包括环境温度变化造成的两个振动模态之间的正交耦合的改变，环境温度变化引起的谐振子的品质因数的改变。在测控电路方面，由于电荷-电压转换电路的高输入阻抗特性，很容易受到系统中其他电信号的耦合干扰。其中初级振动回路的驱动信号由于幅值较高，且因为频率相同而导致耦合到检测通道的耦合信号无法通过正交解调消除，成为影响检测振动回路主要的耦合干扰信号。而且，由于环境温度波动导致的谐振子品质因数的波动，所需的初级振动回路驱动信号相应地波动，从而在检测通道导致零角速率输出的变化，即零位不稳定性。

增加驱动通道振幅和速度可以显著提高陀螺信噪比和灵敏度，但同时也增加了上述初级回路驱动信号到检测通道信号的耦合。由于驱动电极和检测电极之间的距离最近，信号耦合主要发生在电极錨点区域，检测电极中的其中一个电极錨点被设计得较为宽大，兼具屏蔽的功能。这种屏蔽设计可以有效减少信号耦合，但不能完全消除耦合，因此这种设计对零偏稳定性仍然不太理想。另一方面，由于检测电极设计的非对称性，检测电路不适合采用差分电路，不利于提高信噪比。目前大部分石英音叉陀螺采用高频差下的开环输出模式，标定因子，零位偏移稳定性等更易于受到环境温度变化的影响。由于采用频差模式,信噪比也不理想。

闭环力反馈能够有效提高陀螺的非线性性能、检测动态范围、零偏稳定性、以及振动性能，但上述的驱动和检测通道之间的电耦合使得在石英音叉陀螺系统中难以实现连续时间闭环力反馈。

发明内容

本发明提供了一种基于分时复用的石英音叉谐振陀螺测控电路，能够解决现有技术中的技术问题。

本发明提供了一种基于分时复用的石英音叉谐振陀螺测控电路，其中，该测控电路包括驱动回路自激振荡电路以及力反馈和检测电路，所述驱动回路自激振荡电路包括第一转换单元、比较单元、调节单元和电子开关，所述力反馈和检测电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第二转换单元、第五开关、第六开关、第七开关、放大单元和力反馈控制器，其中，

所述第一转换单元与石英音叉谐振陀螺的驱动部分连接，所述比较单元与所述第一转换单元连接，所述调节单元与所述比较单元连接，所述电子开关与所述比较单元和所述驱动部分连接；