[发明专利]MEMS陀螺正交误差校正系统

说明书

本发明提供一种MEMS陀螺正交误差校正系统，包括：MEMS陀螺敏感模态电极，用于生成位移信号；预处理组件，与所述MEMS陀螺敏感模态电极相连，用于将所述位移信号转换为数字电压信号；数字解调组件，与所述多位量化器和所述MEMS陀螺敏感模态电极相连，用于根据所述数字电压信号生成同相1比特脉宽密度调制信号和正交相1比特脉宽密度调制信号，并反馈至所述MEMS陀螺敏感模态电极。本发明的MEMS陀螺正交误差校正系统能够在不增加特定校正电极的前提下，解决现有技术中对MEMS陀螺正交误差抑制能力和校正实时性不强的问题，有效提高了MEMS陀螺的精度。

技术领域

本发明涉及微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)惯性传感器领域的技术领域，特别是涉及一种MEMS陀螺正交误差校正系统。

背景技术

陀螺仪是惯性导航系统的关键传感器之一，其性能直接决定了导航系统的精度。传统的激光陀螺、光纤陀螺和原子陀螺等具有精度高、稳定性好等优点，但是价格昂贵、体积较大，无法满足导航系统的小型化要求。基于MEMS技术的微机械陀螺，体积小、功耗低且易批量化生产，是未来陀螺仪传感器的一个重要发展方向。因此，如何实现MEMS陀螺达到导航级精度水平一直是该领域研究的重点和难点。

正交误差是目前影响MEMS陀螺精度提高的最显著误差源之一。这是由于MEMS陀螺在微加工过程中不可避免的存在非线性刚度耦合误差。与敏感模态的角速率位移相比，陀螺驱动位移较大，导致刚度耦合误差产生的正交位移也很大。这严重影响了MEMS陀螺的各项指标精度。现有的MEMS陀螺正交误差校正(抑制)技术主要包括以下两种：

(1)机械校正技术

机械校正需要MEMS陀螺结构具有特定的校正电极，通过在校正电极加载DC直流电压来调整陀螺刚度误差，实现陀螺模态刚度同性对称。

(2)电路校正技术

电路校正需要外围接口电路产生反馈静电力去平衡抵消MEMS陀螺上的等效正交误差力，达到校正的结果。

现有研究表明，基于高阶微机电Sigma-Delta力平衡闭环调制的MEMS陀螺技术，兼具数字静电力反馈平衡和高阶Sigma-Delta信号调制输出的优点，是实现高精度导航级MEMS 陀螺传感器的有效技术之一，在传感器系统的灵活性、稳定性和集成性等方面均具有显著的优势。但是，现有的微机电Sigma-Delta陀螺技术还无法对MEMS陀螺正交误差进行有效的校正，这也制约了微机电Sigma-Delta陀螺精度的进一步提高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS陀螺正交误差校正系统，能够在不增加特定校正电极的前提下，解决现有技术中对MEMS陀螺正交误差抑制能力和校正实时性不强的问题，有效提高了MEMS陀螺的精度。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS陀螺正交误差校正系统，包括： MEMS陀螺敏感模态电极，用于生成位移信号；预处理组件，与所述MEMS陀螺敏感模态电极相连，用于将所述位移信号转换为数字电压信号；数字解调组件，与所述多位量化器和所述MEMS陀螺敏感模态电极相连，用于根据所述数字电压信号生成同相1比特脉宽密度调制信号和正交相1比特脉宽密度调制信号，并反馈至所述MEMS陀螺敏感模态电极。

于本发明一实施例中，所述MEMS陀螺敏感模态电极包括检测电极和反馈电极；所述检测电极用于生成所述位移信号；所述反馈电极用于接收所述同相1比特脉宽密度调制信号和所述正交相1比特脉宽密度调制信号。

于本发明一实施例中，所述预处理组件包括：

前置电路，与所述MEMS陀螺敏感模态电极相连，用于将所述MEMS陀螺敏感模态电极生成的位移信号转换为模拟电压信号；

多位量化器，与所述前置电路相连，用于将所述模拟电压信号转换为数字电压信号。