[发明专利]一种零偏自校准MEMS陀螺仪及其零偏自校准方法

权利要求书

1.一种零偏自校准的MEMS陀螺仪，其特征在于，包括谐振环、信号处理模块和补偿模块；

所述谐振环外侧沿周向顺时针均匀分布第一电极至第八电极；在第一模式，第一电极(1)和第五电极(5)为驱动模态的驱动电极，第三电极(3)和第七电极(7)为驱动模态的检测电极，第二电极(2)和第六电极(6)为检测模态的驱动电极，第四电极(4)和第八电极(8)为检测模态的检测电极；在第二模式，第二电极(2)和第六电极(6)为驱动模态的驱动电极，第四电极(4)和第八电极(8)是驱动模态的检测电极，第一电极(1)和第五电极(5)为检测模态的驱动电极，第三电极(3)和第七电极(7)为检测模态的检测电极；

所述信号处理模块控制所述谐振环交替工作在第一模式和第二模式，在第一模式输出的角速度为A₁，在第二模式输出的角速度为A₂；

所述补偿模块(44)输出两种模式的角速度差值A₁-A₂作为陀螺仪检测的角速度信号；

所述信号处理模块包括自校准控制模块(31)、幅值解调模块(32)、相位解调模块(33)、同向解调模块(34)、正交解调模块(35)、自动增益控制环路(36)、锁相环路(37)、压控振荡器(38)、去耦合环路(39)、角速度检测环路(40)、驱动模态调制器(41)、检测模态调制器(42)、滤波器(43)和补偿模块(44)；

在第一模式下自校准控制模块(31)控制第三电极(3)和第七电极(7)输出的检测信号经检测放大器(27)求和后得到信号S1_D，信号S1_D经幅值解调模块(32)检测幅值信号，将幅值信号输出至自动增益控制环路，自动增益控制环路输出第一驱动信号以控制所述幅值信号达到设定的恒定幅值；信号S1_D经相位解调模块(33)检测振动频率，并输出至锁相环路(37)，锁相环路(37)调整压控振荡器(38)的输出信号作为第二驱动信号，以控制所述信号S1_D与谐振环上驱动信号的相位差为90°，第一驱动信号和第二驱动信号经驱动模态调制器(41)调制后，作为第一电极(1)和第五电极(5)的驱动电压；

在第一模式下自校准控制模块(31)控制第四电极(4)和第八电极(8)输出的检测信号经检测放大器(27)后求和得到信号S1_S，信号S1_S经正交解调模块(35)进行正交解调后，经去耦合环路(39)获得与耦合等大反向的信号作为第三驱动信号输出；信号S1_S经同向解调模块(34)进行同向解调后，经角速度检测环路(40)获得与引起信号S1_S同向振动的科氏力等大反向的信号作为第四驱动信号，滤波器(43)将与科氏力等大反向的信号滤波后得到角速度为A₁；第三驱动信号和第四驱动信号经检测模态调制器(42)调制后，作为第二电极(2)和第六电极(6)的驱动电压；

在第二模式下自校准控制模块(31)控制第四电极(4)和第八电极(8)输出的检测信号经检测放大器(27)求和后得到信号S2_D，信号S2_D经幅值解调模块(32)检测幅值信号，将幅值信号输出至自动增益控制环路，自动增益控制环路输出第五驱动信号以控制所述信号幅值达到设定的恒定幅值；信号S2_D经相位解调模块(33)检测振动频率，并输出至锁相环路(37)，锁相环路(37)调整压控振荡器(38)的输出信号作为第六驱动信号，以控制所述信号S2_D与谐振环上驱动信号的相位差为90°，第五驱动信号和第六驱动信号经驱动模态调制器(41)调制后，作为第二电极(2)和第六电极(6)的驱动电压；

在第二模式下自校准控制模块(31)控制第三电极(3)和第七电极(7)输出的检测信号经检测放大器(27)后求和得到信号S2_S，信号S2_S经正交解调模块(35)进行正交解调后，经去耦合环路(39)获得与耦合等大反向的信号作为第七驱动信号输出；信号S2_S经同向解调模块(34)进行同向解调后，经角速度检测环路(40)获得与引起信号S2_S同向振动的科氏力等大反向的信号作为第八驱动信号，滤波器(43)将与科氏力等大反向的信号滤波后得到角速度为A₂；第七驱动信号和第八驱动信号经检测模态调制器(42)调制后，作为第一电极(1)和第五电极(5)的驱动电压。