一种面向闭环检测的微陀螺批量动态测试方法_2

文档序号:9429290阅读:来源:国知局
fadd (A6);
[0045] Vfadd= V ftest-Vclose (A7);
[0046] 式(A5)_(A7)中:Vf为哥氏力等效信号;VfA#调制器的输出信号;V fDC为直流电压 基准;XDEM为90°移相器的输出信号;Vfadd为反相加法器的输出信号;V ftest为外接信号源 的输出信号;为检测闭环控制器的输出信号;
[0047] 检测力反馈结构根据哥氏力等效信号产生检测模态反馈力,并将检测模态反馈力 输出至哥氏质量;检测模态反馈力的具体产生公式如下(该公式之所以表示如下,是由于 在梳齿结构中,静电力大小由直流和交流施加电压的乘积与梳齿相关参数共同决定):
[0048] Fyf - V fDcVfAcKfBy (A8);
[0049] 式(A8)中:Fyf为检测模态反馈力;V fDC为直流电压基准;V fAC为调制器的输出信 号;KFBy为检测力反馈结构的电压-静电力转换系数;
[0050] 哥氏质量根据检测模态反馈力产生哥氏力等效合力,并将哥氏力等效合力输出至 检测位移提取结构;哥氏力等效合力的具体产生公式如下:
[0051] Fceq=Fc+Fyf (A9);
[0052] Fc= 2Axmyt〇dQz sin(t〇dt) (AlO);
[0053] 式(A9)_ (AlO)中:Freq为哥氏力等效合力;F。为哥氏力;Fyf为检测模态反馈力;Ax为驱动轴向结构的运动幅度;my为检测轴向结构的等效质量;ω d为驱动模态驱动力的角频 率;Ωζ为硅微机械陀螺仪的输入角速率;
[0054] 将式(Α4)代入式(Α6),并结合式(Α5) - (AlO),可得:
[0055] Fceq - [2Α xmy ω dΩ z_VfDCVcloseKFByVdac+V fDCVftestKFByVdac] sin (ω dt) (All);
[0056] 式(All)中:为哥氏力等效合力;AX为驱动轴向结构的运动幅度;my为检测 轴向结构的等效质量;为驱动模态驱动力的角频率;Ω z为硅微机械陀螺仪的输入角速 率;VfDe为直流电压基准;V 为检测闭环控制器的输出信号;K FBy为检测力反馈结构的电 压-静电力转换系数;Vda。为驱动次级放大器的输出信号;Vftast为外接信号源的输出信号;
[0057] 根据式(All)可知,硅微机械陀螺仪的输入角速率与外接信号源的输出信号之间 的转换关系为:
[0059] 式(A12)中:Ω z为硅微机械陀螺仪的输入角速率;V fDe为直流电压基准;K FBy为检 测力反馈结构的电压-静电力转换系数;Vdac为驱动次级放大器的输出信号;VftestS外接信 号源的输出信号;AX为驱动轴向结构的运动幅度;my为检测轴向结构的等效质量;ω d为驱 动模态驱动力的角频率;
[0060] 根据式(A12)可知,通过调整外接信号源的输出信号,可以等效地获得硅微机械 陀螺仪的输入角速率;
[0061] 检测位移提取结构根据哥氏力等效合力产生检测位移信号,并将检测位移信号输 出至检测闭环回路;
[0062] 3)各个硅微机械陀螺仪均采用单独的检测闭环回路;检测闭环回路根据检测位 移信号产生最终输出信号;最终输出信号的具体产生步骤如下:
[0063] 检测前级放大接口将检测位移信号转化为电压信号,并对电压信号进行初步放 大;
[0064] 检测次级放大器对检测前级放大接口的输出信号进行进一步放大;
[0065] 解调器以90°移相器的输出信号为基准,将检测次级放大器的输出信号解调为二 倍频信号和直流信号,并将二倍频信号和直流信号均输出至第一低通滤波器;
[0066] 第一低通滤波器将二倍频信号滤除,并将直流信号输出至检测闭环控制器;
[0067] 检测闭环控制器的输出信号作为最终输出信号;
[0068] 4)各个硅微机械陀螺仪均配备单独的采集设备;采集设备采集最终输出信号,并 将最终输出信号和外接信号源的输出信号进行对比,然后对对比结果进行分析,并根据分 析结果进行标度因数的标定、带宽的标定、标度因数对称性的标定、标度因数非线性度的标 定、标度因数重复性的标定。
[0069] 与现有硅微机械陀螺仪动态标定方法相比,本发明所述的一种面向闭环检测的微 陀螺批量动态测试方法不再采用转台或角振动台,而是在硅微机械陀螺仪的驱动模态正常 工作的前提下,通过利用90°移相器的输出信号调制外接信号源的输出信号,实现了通过 闭环式哥氏力等效信号发生装置输出哥氏力等效信号,由此实现了硅微机械陀螺仪的动态 标定。因此,本发明所述的一种面向闭环检测的微陀螺批量动态测试方法具有如下优点:其 一,本发明所述的一种面向闭环检测的微陀螺批量动态测试方法彻底避免了转台或角振动 台的误差和干扰对标定结果造成的影响,由此使得标定结果更加准确。其二,本发明所述的 一种面向闭环检测的微陀螺批量动态测试方法无需进行硅微机械陀螺仪与台面之间的安 装和拆卸,由此使得标定过程省时省力。其三,本发明所述的一种面向闭环检测的微陀螺批 量动态测试方法实现了同时对多个硅微机械陀螺仪进行批量化动态标定,由此大幅度提高 了标定效率。
[0070] 本发明有效解决了现有硅微机械陀螺仪动态标定方法标定结果不准确、标定过程 费时费力、标定效率低下的问题,适用于硅微机械陀螺仪的动态标定。
【附图说明】
[0071] 图1是工作在闭环检测状态下的硅微机械陀螺仪的结构示意图。
[0072] 图2是工作在闭环检测状态下的硅微机械陀螺仪的驱动闭环回路的结构示意图。
[0073] 图3是工作在闭环检测状态下的硅微机械陀螺仪的检测闭环回路的结构示意图。
[0074] 图4是外接信号源和本发明的闭环式哥氏力等效信号发生装置的结构示意图。
[0075] 图5是本发明的步骤2)和步骤3)的示意图。
[0076] 图6是本发明的闭环式哥氏力等效信号发生装置的第一种结构示意图。
[0077] 图7是本发明的闭环式哥氏力等效信号发生装置的第二种结构示意图。
[0078] 图8是本发明的总体示意图。
【具体实施方式】
[0079] -种面向闭环检测的微陀螺批量动态测试方法,该方法是采用如下步骤实现的:
[0080] 1)各个硅微机械陀螺仪均采用单独的驱动闭环回路;驱动轴向结构产生驱动位 移信号XV,并将驱动位移信号XV输出至驱动闭环回路;驱动闭环回路根据驱动位移信号XV 产生驱动模态激励信号XS,并将驱动模态激励信号XS输出至驱动轴向结构,使得驱动位移 信号XV的频率与驱动模态的谐振角频率相等,并使得驱动位移信号XV的幅值保持恒定;驱 动模态激励信号XS的具体产生步骤如下:
[0081 ] 驱动前级放大接口对驱动位移信号XV进行提取和初步放大;
[0082] 驱动次级放大器对驱动前级放大接口的输出信号进行进一步放大;
[0083] 90°移相器对驱动次级放大器的输出信号进行转换;具体转换公式如下:
[0084] XDEM = Vdac sin(〇dt) (A4);
[0085] 式(A4)中:XDEM为90°移相器的输出信号;Vda。为驱动次级放大器的输出信号; ?,为驱动模态驱动力的角频率;
[0086] 整流器对90°移相器的输出信号XDEM进行整流;
[0087] 驱动低通滤波器对整流器的输出信号的幅值信号进行提取;
[0088] 驱动比较器对驱动低通滤波器的输出信号和驱动位移工作点设置装置的输出信 号进行比较;
[0089] 驱动位移控制器根据驱动比较器的输出信号产生控制信号;
[0090] 驱动调制器以90°移相器的输出信号为基准,对驱动位移控制器的输出信号进行 调制;
[0091] 驱动直流信号叠加装置对驱动调制器的输出信号进行叠加;
[0092] 驱动直流信号叠加装置的输出信号作为驱动模态激励信号XS ;
[0093] 2)各个硅微机械陀螺仪共同配备一个外接信号源;各个硅微机械陀螺仪均配备 单独的闭环式哥氏力等效信号发生装置;
[0094] 所述闭环式哥氏力等效信号发生装置包
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