[发明专利]时分频分复用的转子式微陀螺检测装置

说明书

技术领域

本发明涉一种微陀螺检测技术，属于MEMS器件领域。

背景技术

对于高精度微型传感器的检测电路，特别是转子式微陀螺传感器，基于转子偏转角度方法来实现角速度信号检测，采用差分电容检测方法来实现位移信号的拾取。该方法与其它检测方法相比，具有检测精度高(<10^-14米)、线性度高(<10^-4)、非接触测量等技术优势。目前主要有两种差分电容检测方法，第一种是采用中间电极激励(单一频率)方法，同时检测多组电容变化，然而由于电荷放大器的高阻特点，容易形成同频检测干扰，存在通道耦合现象，因此此类方法应用较少。第二种方法应用较多，各矢量方向电容(4对差分电容)加多频激励(频分复用)方法，同时检测多组电容变化，然而该方法由于电子器件的非理想特性(增益带宽积、转换速率、建立时间等参数限定)使得频分复用方法中存在相敏解调混叠现象，从而导致各矢量电容检测的交叉灵敏度问题。为避免上述问题的出现，必须将各激励信号频率差增大，并增加高阶带通滤波器，然而由于滤波器的相位温漂问题将引起微陀螺的灵敏度及零位发生漂移。同时，由于转子式微陀螺传感器的转子悬浮在腔体中，当转子受到外界干扰无法直接连线，需要闭环反馈控制，才能保证转子工作在零位。

发明内容

本发明目的是为了解决现有两种差分电容检测方法存在的问题，提供了一种时分频分复用的转子式微陀螺检测装置。

本发明所述时分频分复用的转子式微陀螺检测装置，它包括转子式微陀螺敏感单元、电荷电压转换单元、相敏解调单元、模数转换单元、信号处理单元、数模转换单元、第一低高压转换单元、第二低高压转换单元、第一时分频分复用单元和第二时分频分复用单元；

第一时分频分复用单元的载波激励信号V⁺与反馈控制信号复用加载至转子式微陀螺敏感单元的第一组复用信号输入端；

第二时分频分复用单元的载波激励信号V^-与反馈控制信号复用加载至转子式微陀螺敏感单元的第二组复用信号输入端；

转子式微陀螺敏感单元的等效陀螺信号输出端与相敏解调单元的输入端相连；

相敏解调单元的解调信号输出端作为时分频分复用的转子式微陀螺检测装置的检测信号输出端；

相敏解调单元的解调信号输出端与模数转换单元的模拟信号输入端相连；

模数转换单元的数字信号输出端与信号处理单元的输入端相连；

信号处理单元的输出端与数模转换单元的数字信号输入端相连；

数模转换单元的模拟信号输出端同时与第一低高压转换单元的低压信号输入端和第二低高压转换单元的低压信号输入端相连；

第一低高压转换单元的反馈信控制号输出端与第一时分频分复用单元的反馈控制信号输入端相连；

第二低高压转换单元的反馈控制信号输出端与第二时分频分复用单元的反馈控制信号输入端相连；

载波激励信号V⁺与载波激励信号V^-的相位相差180°。

本发明的优点：为实现转子径向偏转角度的检测，本发明采用8个激励电极与转子一起构成4对差分电容和1对电荷拾取电极与转子构成1对拾取电容，实现电容变化的检测，从而间接实现转子陀螺的双轴(X轴、Y轴)角速度信号拾取。本发明采用时分复用+调制解调技术解决多频率相敏解调信号混叠现象，由于仅采用单一频率激励信号，因此彻底消除了各轴向检测的交叉灵敏度。激励信号通过两个时分频分复用单元中的φ₁-φ₄时序开关分时连接至四对差分电容，电容变化通过电荷放大器检测及放大，再次通过相敏解调单元中的φ₁-φ₄时序开关进行相敏解调，从而间接实现转子的径向偏转角度拾取。陀螺中转子位置控制采用静电力伺服原理实现。为实现伺服电压的幅值最小化、检测电容的最大化，采用电容检测电极与静电力伺服控制电极共用的方法，即在相同电极下采用RC隔离、频分复用方法实现电容检测及静电力伺服。其中静电力反馈电压信号通过数字信号处理器完成双轴角速度矢量计算、静态补偿及电压矢量动态分配。

附图说明

图1是本发明所述时分频分复用的转子式微陀螺检测装置的原理框图；

图2是相敏解调单元的电路图。

具体实施方式