[发明专利]振动陀螺三倍频参数激励方法和系统

说明书

本申请涉及一种振动陀螺三倍频参数激励方法和系统。振动陀螺包括：驱动电极、检测电极和谐振结构；驱动电极用于接收振动陀螺在转动时激发产生的检测模态的运动信息；检测电极用于在接收到外部角速度作用下激发振动陀螺的检测模态，方法包括：在驱动电极施加激励电压激发振动陀螺的驱动模态，在驱动电极施加反相的参数泵信号，进行振动陀螺的三倍频参数激励；参数泵信号的频率是谐振结构谐振频率的三倍；参数泵信号的相位用于进行参数放大或者参数抑制，参数泵信号的幅值用于调节参数放大的增益系数。采用本方法能够进行三倍频激励。

技术领域

本申请涉及陀螺仪技术领域，特别是涉及一种振动陀螺三倍频参数激励方法和系统。

背景技术

陀螺仪是测量载体相对惯性空间旋转运动的传感器，是运动测量、惯性导航、制导控制等应用的核心器件。振动陀螺仪一般利用高频振动的质量在被基座带动旋转时所产生的科里奥利效应来敏感角运动。振动陀螺一般采用静电力驱动、电容检测，具有响应速度快、灵敏度高等特点，而且可以通过后期调整的方法来改善陀螺性能。

利用参数激励技术可以提升谐振器的等效Q值，降低激励信号的幅值，从而减少由寄生电容导致的陀螺驱动端到检测端的信号串扰。在角速度检测环节应用参数激励则可以直接放大陀螺的科里奥利响应，从而提升陀螺仪的输出；此外，这种放大效应不会增加检测环节中的电路噪声，因此这项技术有利于陀螺仪的灵敏度和信噪比等各方面综合性能的提升。

理论上要实现参数共振，参数激励信号的频率ω_p需要满足以下条件：

其中ω₀是谐振系统的固有频率，n是一个正整数。目前在振动陀螺中参数激励已得到广泛应用，一般在陀螺某个方向的单个电极上施加激励信号二倍频率的参数泵信号，通过对谐振子的刚度产生二倍频率的动态刚度调制，从而实现参数激励和放大的效果。通过改变二倍频信号与激励信号间的相位差可改变参数放大的增益系数。

目前已报道的参数激励和放大普遍采用二倍频参数激励信号实现，并且在我们的实验探索中发现，在一类具有对称结构的环形振动陀螺中，当二倍频参数泵信号与激励信号同样以反相的方式施加在驱动电极上时，参数放大效应几乎消失。此外，参数泵信号与激励信号的频率相差越远，信号间的串扰等不利影响就更容易通过滤波等方式消除，因此我们希望使用更高频率的参数泵信号实现参数激励和参数放大。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于三倍频参数泵的振动陀螺参数激励方法和系统。

一种振动陀螺三倍频参数激励方法，所述振动陀螺包括：驱动电极、检测电极和谐振结构；

所述驱动电极用于在激励电压的作用下使得所述谐振结构在驱动模态下振动；

所述检测电极用于接收振动陀螺在转动时激发产生的检测模态的运动信息；所述方法包括：

在驱动电极施加激励电压激发振动陀螺的驱动模态，在驱动电极施加反相的参数泵信号，进行振动陀螺的三倍频参数激励；所述参数泵信号的频率是谐振结构谐振频率的三倍；所述参数泵信号的相位用于进行参数放大或者参数抑制，所述参数泵信号的幅值用于调节参数放大的增益系数。

在其中一个实施例中，还包括：在驱动电极施加的激励电压为反相电压；所述反相电压对谐振结构产生的作用力是推挽驱动力；所述激励电压和所述参数泵信号同时作用于驱动电极。

在其中一个实施例中，还包括:通过锁相环控制激励电压的频率使振动陀螺保持谐振状态；通过控制激励电压的大小使驱动模态的振幅保持恒定。

在其中一个实施例中，在所述检测电极上施加反相的所述参数泵信号，所述检测电极的参数泵信号与驱动电极的参数泵信号频率均为谐振频率的三倍，但是两者的相位和幅值可以根据需求进行分开调节。

一种振动陀螺三倍频参数激励系统，所述系统包括：