[发明专利]一种基于正交误差信号的微型机械陀螺仪故障自检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微型机械陀螺仪，尤其涉及一种微型机械陀螺仪故障自检测方法。

背景技术

微型机械陀螺仪是一种敏感结构特征尺寸在微米到毫米量级的，采用微加工工艺制造的用于检测旋转角速度或角度的微型传感器。一般制造采用石英或者硅材料。微型机械陀螺仪内含可动质量块，其通过哥式效应(Coriolis effect)测量检测轴向的角速度或者角度信号。当检测轴向存在输入角速度或角度信号时，哥氏效应将驱动轴的能量耦合到敏感轴上，通过检测可动质量块在敏感轴向上的运动情况，即可反推测算出输入角速度或角度信号。

微型机械陀螺仪具有体积小、质量轻、价格低廉的特点，可广泛的应用于军事和民用领域。在工业自动化领域，其主要应用于先进的自动安全系统、高性能的导航系统、航行稳定性、翻滚的检测和预防、以及安全气囊和制动系统。在消费电子产品领域，主要应用于手机、平板电脑等数码产品、摄影器材中的图像稳定、虚拟现实产品以及计算机游戏。在军事应用方面，主要运用于弹药的惯性制导、飞行器的导航和姿态控制、平台稳定、便携式单兵导航等。

在部分工业应用领域和军用应用领域，应用背景要求陀螺仪具备较高的可靠性。为满足高可靠性的陀螺仪应用要求，一方面通过可靠性设计提高陀螺仪的强健性，另一方可以通过故障检测来实现陀螺工作前的自我预检测和(或者)工作状态的健康监测。

体积小、质量轻、价格低廉、可大批量制造是微型机械陀螺仪较其他类型陀螺仪(传统机械转子陀螺仪、光纤陀螺仪、激光陀螺仪)的优势。因此微型机械陀螺仪一般集成封装于使用系统内部，在使用前和使用中不易再进行功能和性能的测试。

发明专利申请《一种光纤陀螺仪光功率开机自检测方法》(CN105758423A)提出了一种通过将光源相位设定工作在非位置上，检测信号相邻半周期的幅值差值来判断光纤陀螺是否正常工作的方法。该方法的优点在于无需增加其他器件，自检周期短，可应用于所有数字闭环光纤陀螺仪。由于光纤陀螺正常工作时光源相位工作在位置上，因此该方法仅能在光纤陀螺仪工作前检测陀螺仪是否正常工作。微型机械陀螺仪不需要光源，因此该方法不适用于微型机械陀螺仪。

发明专利申请《陀螺工作状态自检测系统及方法》(CN105973267A)提出了一种陀螺自检系统，包括设置在陀螺仪内部的X、Y、Z路自检线圈、设置在测试仪内部的自检信号电路、通断开关、选择开关、控制计算机。自检信号电路产生自检信号，在自检线圈上产生干扰力矩，控制计算机接收并处理陀螺仪输出的信号，来实现静止状态下陀螺的自检测。该方法工作的前提条件是陀螺仪需处于静止状态下，因此陀螺工作状态下是无法采用该方法进行检测的。

发明专利申请《一种带自检测装置的电容式压力传感器及其制备方法》(CN105043603A)、《一种带自检测装置的压阻式压力传感器及其制备方法》(CN104697681A)、《一种带自检测装置的压阻式压力传感器及其制备方法》(CN105716753A)均是针对压力传感器的一种自检测方法，各个专利针对不同设计的压力传感器，结合其不同工艺方法在压力传感器结构中集成自检测电极，采用静电力模拟压力，实现压力传感器的自检测。

发明专利《一种单硅片体微机械工艺实现的带静电自检测的加速度计》(CN1570651A)提出了在同一个单元上集成加速度传感器和自检驱动执行器，通过在自检驱动电极上施加电压信号，实现静电力驱动质量块，检测质量块的位移可以实现加速度计的自检测。发明专利《一种含有自检测功能的面内电容式加速度传感器及其制造方法》(CN106018880A)提出了一种含有自检测功能的面内电容式加速度传感器。该方法利用在自检测电极与可动电极间施加电压模拟加速度输入引起的加速度传感器质量块的运动，从而引起检测电容变化实现加速度传感器的晶圆级标度和自检测。其优点是基于预制空腔SOI晶圆制造，避免采用键合工艺或者牺牲层技术制作加速度传感器结构。上述两个专利均需要在加速度计中设计自检测电极，需要电路产生自检测电压信号，在自检测电极形成自检测静电驱动力，驱动质量块运动，根据质量块运动的位移判断加速度计是否正常工作。