[发明专利]陀螺仪自校准装置及方法

说明书

一种陀螺仪自校准装置及方法，陀螺仪自校准装置包括信号发生器和信号处理电路，其中：信号发生器用于产生包括驱动信号和电激励信号的调制信号，调制信号用于驱动陀螺仪输出具有相移分量的电流信号；信号处理电路用于处理陀螺仪输出的电流信号，得到电压值；其中，调制信号中电激励信号的角速度与电压值成线性关系。本发明采用电激励信号替代传统的高精度物理转台，完成陀螺仪的自校准，因此简化了陀螺仪的出厂标定校准程序，且降低了自校准成本；在陀螺仪的使用过程中，用户可实时进行陀螺仪的自校准，因此避免了陀螺仪在使用过程中，由于器件老化、环境温度变化、系统噪声等产生的器件参数变化，从而避免了陀螺仪精度的下降。

技术领域

本发明属于智能传感器领域，更具体地涉及一种陀螺仪自校准装置及方法。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，简称MEMS)在20世纪80年代随着硅微机械加工技术的发展而逐渐成长起来，是微电子平面加工技术和硅微机械加工技术发展结合的产物。硅微机械技术是主要包括硅体微机械加工技术、表面微机械加工技术、键合技术、LIGA技术等。通过这些技术在硅片、玻璃等材料上制作尺度从微米级到毫米级的微传感器或执行器。

MEMS是将微传感器、微执行器和电路集成在一起的一种复杂系统。MEMS具有光、机、电一体化、体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。微机械陀螺仪按振动结构可分为旋转振动结构和线振动结构；按材料可以分为硅材料和非硅材料；按驱动方式可以分为压电式驱动、静电式驱动和电磁式驱动；按工作模式可以分为速率陀螺和速率积分陀螺；按检测方式可以分为压电性检测、电容性检测、光学检测、压阻型检测和隧道效应检测；按加工方式分为体硅机械加工、表面微机械加工和LIGA技术。

传统陀螺仪的标定校准需要高精度转台以及其他外部设备做支撑，操作复杂，成本高；且通常只在出厂之前进行标定校准，在使用过程中由于条件限制，不能对陀螺仪进行标定校准；而使用过程中陀螺仪又会由于器件老化、环境温度变化、系统噪声等原因，造成器件参数的变化，从而导致陀螺仪测量的精度下降，因此使MEMS陀螺仪一直处于低精度陀螺仪的行列，限制了MEMS陀螺仪的应用领域。

发明内容

基于以上技术问题，本发明的主要目的在于提出一种陀螺仪自校准装置及方法，用于解决以上技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提出一种陀螺仪自校准装置，包括信号发生器和信号处理电路，其中：

信号发生器，用于产生包括驱动信号和电激励信号的调制信号，调制信号用于驱动陀螺仪输出具有相移分量的电流信号；

信号处理电路，用于处理陀螺仪输出的具有相移分量的电流信号，得到电压值；

其中，基于调制信号中电激励信号的角速度与电压值之间存在的线性关系，陀螺仪得到校准后的外界环境的旋转角速度。

在本发明的一些实施例中，上述电激励信号为调频信号。

在本发明的一些实施例中，上述信号处理电路包括：

放大电路，用于将具有相移分量的电流信号转化为电压信号，并放大转化后的电压信号；

解调电路，用于将放大后的电压信号与调制信号相乘，得到解调信号，并输出至滤波电路；

滤波电路，用于滤除解调信号中的高频信号，得到电压值。

在本发明的一些实施例中，上述放大电路包括：

跨阻放大器，用于将具有相移分量的电流信号转化为电压信号；

运算放大器，用于放大转化后的电压信号。