[发明专利]一种零偏自校准MEMS陀螺仪及其零偏自校准方法

说明书

本发明针对全对称MEMS环陀螺零偏存在漂移以及多次上电零偏不一致的问题，提出了一种基于驱动/检测模态反转的MEMS陀螺零偏自校准方法，其特点在于：根据环陀螺的工作特性，以陀螺的动力学模型为基础，给出驱动模态和检测模态反转前后两种工作模式下零偏的变化规律，通过信号处理电路控制环陀螺在两种工作模式间切换；对相邻两种工作模式下的检测信号做差，最终实现MEMS环陀螺的零偏在线自校准。通过该方法，可有效地提取出零偏信号，抑制零偏漂移现象，提高MEMS环陀螺仪的精度。

技术领域

本发明涉及一种MEMS陀螺仪零偏自校准方法，特别是一种基于驱动/检测模态反转的MEMS陀螺仪零偏自校准方法，适用于结构对称的MEMS环形陀螺仪实现零偏在线自校准。

背景技术

MEMS陀螺仪作为一种重要的惯性器件，具有体积小、功耗小、成本低、抗过载能力强等优点，具有广泛的应用领域。然而MEMS陀螺仪的性能受工艺误差和环境等多种因素的影响，导致其输出存在零偏、零偏易发生漂移、多次上电零偏不一致等问题，难以通过信号处理的方式将零偏信号从有用的角速度信号中提取出，限制了其应用。

温度是影响MEMS陀螺仪精度的重要因素，陀螺表头的尺寸结构、材料的弹性模量以及陀螺检测电路中电子器件的性能都会随温度的改变而变化，因此有必要采取措施来消除这种误差。目前报道的提高陀螺仪精度的方法主要有温度控制和温度补偿，然而这两种方法在设计和补偿效果方面均具有一定的局限性。其中温度控制需要额外设计温控部件，会增加陀螺系统的体积和功耗，另外恒温控制的快速性、稳定性、滞后性等动态性能会影响陀螺仪的性能，存在设计难点。温度补偿需要通过高低温试验建立温度补偿模型，要求温度传感器能真实表征陀螺仪谐振环的工作环境，另外对温度传感器的精度以及陀螺仪的重复性要求较高，并且陀螺仪的零偏-温度模型易发生改变，需要定期进行校正，额外增加了工作时间。除此之外，陀螺仪存在零偏重复性相对较差的固有缺点，为了消除陀螺仪多次上电零偏不一致的问题，提高零偏重复性，降低累积误差，有必要研究零偏在线自校准方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有方法的不足之处，提供了一种基于驱动/检测模态反转的MEMS陀螺仪零偏自校准方法，并给出零偏自校准系统。该方法基于陀螺仪自身工作特性，以驱动模态和检测模态为基础，通过控制两个模态的反转，将两种工作模式下的检测信号做差，抑制陀螺仪的零偏漂移，消除多次上电零偏不一致的固有缺点，提高陀螺仪的精度。

本发明的技术解决方案是：

提供一种零偏自校准的MEMS陀螺仪，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，第一电极和第五电极为驱动模态的驱动电极，第三电极和第七电极为驱动模态的检测电极，第二电极和第六电极为检测模态的驱动电极，第四电极和第八电极为检测模态的检测电极；在第二模式，第二电极和第六电极为驱动模态的驱动电极，第四电极和第八电极是驱动模态的检测电极，第一电极和第五电极为检测模态的驱动电极，第三电极和第七电极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。

提供另一种零偏自校准的MEMS陀螺仪，包括谐振环、信号处理模块和补偿模块；