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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明涉及一种基于时分驱动和正交电对消的石英陀螺误差抑制方法，属于微机械惯性器件技术领域。包括：1驱动模块输出时分的驱动正弦信号，在相邻时间周期内交替输出正弦驱动信号和零电平信号；2当驱动电压信号处于无信号的周期时段，检测模块进行信号检测并生成正交电对消信号，具体为：放大检测端的微弱信号；将微弱信号经数模转换输入数字处理器进行正交解调，得到音叉检测信号的同相和正交分量；对正交分量幅度增益进行PI控制，得到正交电对消信号的幅度参数；产生正弦信号输出，输出正交电对消信号；3将正交电对消信号及音叉检测信号连电容并接入通过检测端放大器的负极。所述方法彻底消除了由于静电耦合产生的陀螺零位漂移且电路改动小。

主权项：1.一种基于时分驱动和正交电对消的石英陀螺误差抑制方法，其特征在于：依托的石英陀螺装置，包括驱动模块、检测模块、数字信号处理模块以及电对消模块；其中，驱动模块包括驱动软件单元、驱动DAC单元、驱动ADC单元和音叉驱动单元；检测模块包括检测软件单元、检测ADC单元、检测DAC单元和音叉检测单元；其中，音叉驱动单元和音叉检测单元统称为石英音叉，简称音叉；且音叉驱动单元又称为驱动端，音叉检测单元又称为检测端；电对消模块包括检测端放大器；数字信号处理模块包括数字处理器；数字信号处理模块与驱动模块以及检测模块相连，检测模块与电对消模块相连；驱动模块与检测模块相连；驱动软件单元与驱动DAC单元相连，驱动DAC单元与音叉驱动单元相连，驱动软件单元与驱动ADC单元相连，检测端放大器与检测ADC单元相连；数字处理器与检测软件单元、音叉检测单元以及检测DAC单元相连，检测DAC单元与检测端放大器相连；所述石英陀螺误差抑制方法，包括如下步骤：步骤1：驱动模块输出时分的驱动正弦信号，在相邻时间周期内交替输出正弦驱动信号和零电平信号，具体包括如下子步骤：步骤1.1驱动软件单元根据石英音叉的谐振频率通过码表查询方式产生与谐振频率相同的正弦波并通过驱动DAC单元转换为模拟的驱动电压信号，石英音叉的驱动端谐振频率为9kHz，码表采用3600点的正弦码表，在数字处理器内部每4us进行一次转换，数字处理器通过DMA方式完成DAC转换，生成与石英音叉驱动端谐振频率相同的9kHz的驱动电压信号，电压信号幅值为5V；该驱动电压信号加载到音叉驱动单元上驱动电极，使石英音叉起振并工作在谐振频率点处；步骤1.2驱动软件单元包括对驱动电压信号的PI控制，通过驱动ADC单元采集音叉驱动单元的反馈信号，构建闭环控制模型，计算相位和幅度补偿增益系数，利用计算得到的相位和幅度补偿增益系数对驱动电压信号进行实时调节；驱动ADC单元采集音叉驱动单元的反馈信号，驱动ADC单元转换时间为4us，驱动ADC单元的采集时间需要与驱动DAC单元严格同步；在数字处理器内部，将输出的数字驱动信号，进行一定的相位补偿，产生同相和正交两路解调参考信号，用两路解调参考信号分别跟ADC采样信号相乘，并进行低通滤波，根据同相和正交两路解调参考信号，在谐振点附近，同相分量大于正交分量，则同相分量反映了驱动参考振动的幅值信息，正交分量同相分量比值等于相角对应的弧度值；用正交分量同相分量比值，作为频率调整的输入参数，通过PI算法，产生频率调节量，动态调整驱动频率，使其始终在谐振频率点振动；步骤2：当驱动电压信号处于无信号的周期时段，检测模块开始进行信号检测，并生成正交电对消信号，具体包括如下子步骤：步骤2.1通过检测端放大器放大检测端的微弱信号，该信号包括角速度信号以及机械耦合误差信号，该信号经过放大器放大后可以进入检测ADC单元；步骤2.2检测ADC单元将检测到的微弱信号经过数模转换并输入数字处理器中；步骤2.3检测软件单元在数字处理器内进行正交解调，得到音叉检测信号的同相分量和正交分量；驱动信号为经过时分的正弦信号，驱动信号在相邻两周期内交替输出为正弦信号和零电平信号，由于石英音叉的驱动振动存在惯性作用，当驱动电压信号消失后，音叉仍然保持振动，只是振动幅度下降；检测位移信号是被角速度调制的正弦信号，驱动电压信号随时间周期交替存在，驱动振动的位移信号由于惯性的作用在整周期都存在，根据石英陀螺哥式效应工作原理，检测位移信号在整个周期内都存在，在检测周期内振幅相比驱动周期内小；本地解调信号是用于正交解调的信号，该信号经过时分控制，经过时分的本地解调信号与驱动信号在时间上错开，即驱动信号加载时不进行检测端解调，在驱动信号为零的周期内进行检测端解调，驱动信号为零的周期内，驱动端音叉在惯性作用下维持谐振，由于驱动电压信号消失，静电耦合也消失；在驱动时分、检测时分的条件下，陀螺的静电耦合误差被完全消除，由于静电耦合是陀螺产生零位误差的原因之一，静电耦合的消除可以改善陀螺零位；步骤2.4数字处理器根据音叉检测单元的传递函数模型，构建闭环控制系统，并对正交分量的幅度增益进行PI控制，得到正交电对消信号的幅度参数；步骤2.5通过数字处理器中存储的码表产生正弦信号输出到检测DAC单元；步骤2.6检测DAC单元将数字信号转换为模拟信号，输出正交电对消信号；通过检测端的DAC，输出跟驱动信号完全正交的对消信号，同时利用确定的解调正交相位进行解调，得到正交通道的幅值；根据正交对消激励信号的幅值得到对应的正交通道解调幅值，归一化正交通道，将正交通道的解调幅值，经过PI运算以后，再乘以开环增益系数k，其结果作为正交对消信号的幅值，系数k应为负值，以保证是负反馈；将检测DAC单元输出的正交电对消信号接入检测端放大器的输入负极，也将音叉检测信号通过放大器负极进入检测端放大器；步骤3：将音叉检测信号和正交电对消信号之间通过一个电容进行连接，电容可选择容值为1pf；步骤4：再将检测DAC单元输出的正交电对消信号以及音叉检测信号接入通过检测端放大器的负极进入检测端放大器。

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