[发明专利]一种石英微机械陀螺敏感器件温度信息的数字化检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石英微机械陀螺的敏感器件温度信息的数字化检测方法，属于惯性传感器器件及信号处理领域。 

背景技术

石英微机械陀螺是近二十年来逐渐发展起来的一种MEMS惯性测量器件，用于角速度的测量，石英音叉陀螺具有体积小、重量轻、可靠性高、价格低的优点。 

石英微机械陀螺在工程应用中，对环境要求很高，但是温度变化对该器件的性能有很大影响，目前许多产品中都使用温度补偿技术。在温度补偿电路中，温度信息是补偿算法的依据，需要实时精确的获取陀螺敏感元件石英音叉的温度信息。常规的方法是在石英音叉陀螺中装入温度传感器，比如热敏电阻，根据其输出得到温度信息。但由于石英音叉敏感元件结构的特殊性及封装的需要，温度传感器无法封装于敏感元件内部。因此，根据这种温度信息进行补偿的实时性较差。在实际应用中，环境温度是随时变化的，变化方向和变化速率都不能预先确定，当温度变化速率较快时，由于迟滞效应，补偿结果将会严重偏离，导致陀螺测量角速度的误差很大甚至出现错误。在中国电子科技集团第二十六研究所目前公开的名为“石英微机械陀螺敏感器件温度测量方法及温度补偿电路”的专利中(专利号申请号为201010115583.4)，给出了一种测量幅控电压发生器的输出电压的线性关系Vk＝-aT+b，得到音叉的温度信息。通过该方法有效解决了传统检测温度必须加外部温度传感器的问题以及温度响应的迟滞效应。但是该方法的不足之处在于，基于石英音叉的工作原理，温度和Vk的变化只是近似线性变化，是一个非线性的曲线，在上述申请专利的附图3中也可以看出这个非线性关系。而且，不同的音叉的温度和Vk的关系的性质不完全一致。所以上诉方法的两个局限性为：由于模拟电路无法获取该变化的非线性信息，因此这种方法的线性方法处理，虽然能够获取温度信息，但是精度受到影响；此外，由于不同音叉的性质不完全一致，调试模拟电路需要较大工作量，一致性较差。 

发明内容

基于现有技术存在的不足，本发明提供了一种石英微机械陀螺的敏感器件温度信息的数字化检测方法。 

本方法的原理为：构建由石英音叉、模拟电路、ADC、DAC和数字信号处理单元组成的闭环驱动模块，通过数字信号处理方法产生谐振频率附近的正弦信号，并驱动石英音叉工作，然后反馈补偿使音叉工作在稳幅状态，检测驱动信号通过音叉的电流电压变换后的电压量，利用电压量的幅度变化因子g反应温度信息。 

一种石英微机械陀螺的敏感器件温度信息的数字化检测方法，其具体实现步骤为：

步骤一、在初始工作温度T₀下，生成频率为石英音叉谐振频率的正弦信号，并加载到石英音叉驱动叉指，驱动石英音叉谐振。 

步骤二、经过石英音叉后的正弦信号仍为同频的正弦电压信号，经过数模转换成为数字信号。 

步骤三、对步骤二产生的数字信号进行实时幅度检测，获取电流-电压变换后的电压幅值，通过幅度检测方法，得到幅度变化因子g并输出。 

步骤四、对步骤三得到的幅度变化因子g进行数字信号处理，改变幅度变化因子g，然后反馈加载到石英音叉上，对谐振产生的电压幅值进行补偿，使步骤三检测到的正弦驱动信号稳定在预定值。 

步骤五、改变工作温度，重新进行步骤二至步骤四，得到新的幅度变化因子g。 

步骤六、在石英音叉工作于谐振频率，且稳幅驱动的情况下，石英音叉的输出经电流-电压变化后，通过步骤五在不同温度下获得的不同幅度变化因子g来标定音叉本身的温度。 

所述的标定音叉温度的第一种方法为：在石英音叉陀螺工作的全温范围的上、下极限温度之间分别对驱动信号幅值进行测量，然后通过拟合建立工作温度T和幅度变化因子g的关系式 

T＝a₀+a₁g+a₂g²+L+a_ngⁿ

a₀，a₁，...a_n分别表示最小二乘法拟合系数。在经过多次测量得到T和g的对应关系后通过最小二乘法解算出来。 

解算出a₀，a₁，...a_n后，便可直接利用上式实时获取石英音叉的温度信息T。