[发明专利]压电半球谐振陀螺仪的全角度控制信号检测系统

说明书

本发明提供一种压电半球谐振陀螺仪的全角度控制信号检测系统，包括：半球谐振陀螺、两个锁相环、解调器模块、参数计算器模块、PI控制器模块和调制器模块，其中：所述半球谐振陀螺的X轴和Y轴分别为0度电极轴和45度电极轴，所述0度电极轴和45度电极轴分别与锁相环连接；所述锁相环与解调器模块相连接；所述解调器模块解调由两个锁相环输出的同向与正交参考信号；所述参数计算器模块与解调器模块连接，所述PI控制器与参数计数器连接；所述调制器分别与PI控制器与半球谐振陀螺连接。本发明通过对半球谐振陀螺的闭环电路的设计与控制，从而实现对半球谐振陀螺的全角度的检测与控制。

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，具体地，涉及一种压电半球谐振陀螺仪的全角度控制信号检测系统。

背景技术

微机械电子系统(MEMS)主要包括微机构、微传感器、微执行器以及相关的电路等几部分。MEMS是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，它对21世纪的人类产生了巨大而深远的影响。

半球谐振微陀螺仪采用压电材料作为主体部件，采用全角度控制技术，具有稳定性高、抗冲击能力强、精度高、误差小等优越特性，在航空航天、惯性导航以及民用消费电子等领域等具有广泛的应用前景。这种陀螺利用反馈电路中的锁相环模块及参数计算模块，将产生的信号经过各种处理之后，较为精确地得到半球谐振陀螺的总角度的变化。

无论是半球谐振微陀螺仪的全角度控制还是检测，都是它本身工作的重要环节。对一些文献进行检索，哈尔滨工程大学自动化学院高胜利等人在2006年传感技术学报上发表的文章“全角模式半球谐振陀螺的信号检测法研究”文献中提到，半球谐振陀螺的信号检测的电路图由采样保持工具对半球谐振陀螺的输出信号进行采样，然后经过除法器的逻辑判断对信号进行处理，从而检测出谐振子振型的进动角度。但是，文献中所述的工作方式并没有给出具体的电路实施方案，而且这种方式无法对半球谐振陀螺的频率与相位进行跟踪，振型进动角的检测精度也不是很高。

在实际中，压电半球谐振陀螺仪的全角度控制信号检测系统给出了完整且可切实实施的电路系统；且使用压电的半球谐振陀螺进行信号检测，由于压电半球谐振陀螺可以准确的检测出电荷信号，所以采用压电的半球陀螺比文献中的信号检测要较为准确；相较于一般的检测谐振陀螺角度需要用积分器，本电路图完全省去了积分器，从而少一级时间误差，响应的速度也更快。并且该电路装置还可以实现对输出信号的频率自动跟踪，所述控制信号系统能够较为精细准确地得到半球谐振陀螺的总的角度变化情况。

基于此，迫切需要一种半球谐振陀螺仪的全角度控制信号检测系统，使其避免或减小上述影响因素，同时扩展其应用范围。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种压电半球谐振陀螺仪的全角度控制信号检测系统，所述系统进行闭环设计与控制，从而实现对半球谐振陀螺的全角度的检测与控制。

为实现以上目的，本发明提供一种压电半球谐振陀螺仪的全角度控制信号检测系统，所述系统包括：半球谐振陀螺、两个锁相环、解调器模块、参数计算器模块、PI控制器模块和调制器模块，其中：

所述半球谐振陀螺的X轴和Y轴分别为0度电极轴和45度电极轴，0度电极轴和45度电极轴分别与一个锁相环连接，从而分别产生同向与正交参考信号；

所述锁相环与解调器模块相连接，锁相环向解调器模块输出同向与正交参考信号，解调器模块解调由两个锁相环输出的同向与正交参考信号；

所述参数计算器模块与解调器模块连接，参数计算器模块根据解调器模块解调出的信号，计算出压电半球谐振陀螺整体运动能量E、与正交参考信号成比例的能量Qu和半球谐振陀螺的总的角度变化的总和Θ；

所述PI控制器模块与参数计数器模块连接，用于使所得到的变化信号E、Qu、Θ保持稳定，减少所述系统的偏差信号；