极信号为化in( Ot)巧Qcos( Ot)时，平衡电极信号为Fsin( Ot+ 0)-GQ cos( 〇t+0)，与差分信号相乘的信号为Icos( 〇t+A)，最后滤波前的信号为；
[0050] aicos(入）cos(Ot)sin(Ot)
[0051] -aisin(人)sin( O t)sin( O t)
[0052] -aicos(人)cos(目）cos(W t)sin(W t)
[0053] -aicos(人）sin(目）cos(W t)cos(W t)
[0054] +aisin(人)cos(目）sin(O t)sin(O t)
[0055] +aisin(人)sin(目）sin(O t)cos(O t)
[0化6] + Q [a2C0s(入)cos( O t)cos( O t)
[0057] -a2sin(人）sin( O t)cos( O t)
[005引-a3C0s(入)cos(目）cos( W t)cos( W t)
[0059] +a3C〇s(人）sin(目）sin(O t)cos(O t)
[0060] +a3sin(入）cos(目）sin(O t)cos(O t)
[0061 ] -a3sin(人)sin(目）sin(O t)sin(O t)]
[0062] 去除信号中的高频分量，进行化简后，得到的信号为a4+a日Q，其中a4、a日均为与巧口 入相关的常数，也就是说，如果0和A的值不变，调过程相存在的误差并不影响最终的检测结 果。
[0063] W上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可W在权利要求的范围内做出各种变形或修改，运并不影 响本发明的实质内容。
【主权项】
1. 一种压电半球谐振微陀螺仪的数字控制检测系统，其特征在于，包括压电半球谐振 微陀螺仪模块、电荷放大器模块、ADC模块、DAC模块和数字信号处理模块，其中： 所述电荷放大器模块将所述压电半球谐振微陀螺仪模块产生的电荷信号转换为电压 信号，并传输给所述ADC模块； 所述ADC模块将从所述电荷放大器模块接收到的模拟信号转换为数字信号，并传输给 所述数字信号处理模块； 所述数字信号处理模块将从所述ADC模块接收到的数字信号进行处理，处理的结果一 部分作为结果对外进行显示或保存，一部分作为反馈信号向所述DAC模块输出； 所述DAC模块将由所述数字信号处理模块产生的反馈信号从数字信号转换为模拟信 号，反馈给所述压电半球谐振微陀螺仪模块； 所述压电半球谐振微陀螺仪模块在所述DAC模块给定的反馈信号下被激振或被驱动， 并产生检测信号。2. 根据权利要求1所述的一种压电半球谐振微陀螺仪的数字控制检测系统，其特征在 于，所述的压电半球谐振微陀螺仪模块具有半球壳，该半球壳上均勾分布有八个金属电极， 依次为第一驱动电极、第一检测电极、第一监测电极、第一平衡电极、第二驱动电极、第二检 测电极、第二监测电极和第二平衡电极，其中：在第一驱动电极、第二驱动电极上施加一个 与压电半球谐振微陀螺仪模块谐振频率同频的正弦电压信号，将压电半球谐振微陀螺仪模 块激振;压电半球谐振微陀螺仪模块被激振后，在两个监测电极上将产生与驱动信号同频 的电荷信号，在两个检测电极上将产生由与驱动信号同频定幅值的信号和与驱动信号同频 且幅值和压电半球谐振微陀螺仪模块输入角速度正相关的信号所叠加的信号，在两个平衡 电极上将产生由与驱动信号同频定幅值的信号和与驱动信号同频且幅值和压电半球谐振 微陀螺仪模块输入角速度正相关的信号所叠加的信号，上述信号根据需要输入所述电荷放 大器模块。3. 根据权利要求2所述的一种压电半球谐振微陀螺仪的数字控制检测系统，其特征在 于，所述的两个检测电极和两个平衡电极上与驱动信号同频定幅值的信号相位相同时，两 个检测电极和两个平衡电极上与驱动信号同频且幅值和压电半球谐振微陀螺仪模块输入 角速度正相关的信号的相位相差180°。4. 根据权利要求2所述的一种压电半球谐振微陀螺仪的数字控制检测系统，其特征在 于，所述的压电半球谐振微陀螺仪模块被激振后，产生的检测信号、监测信号经过电荷放大 器模块和ADC模块输入数字信号处理模块，通过滤波、调相、差分、解调、稳幅的数字信号处 理方法后，一部分信号作为反映压电半球谐振微陀螺仪模块输出角速度的信息进行对外显 示或者保存，另一部分信号作为反馈量，经过DAC模块反馈给压电半球谐振微陀螺仪模块。5. 根据权利要求1-4任一项所述的一种压电半球谐振微陀螺仪的数字控制检测系统， 其特征在于，所述的电荷放大器模块通过积分的方式将从压电半球谐振微陀螺仪模块产生 的电荷量积分为电压信号。6. 根据权利要求1-4任一项所述的一种压电半球谐振微陀螺仪的数字控制检测系统， 其特征在于，所述的ADC模块根据电荷放大器模块所输出的电压信号大小选择输入信号范 围、根据电荷放大器模块所输出的电压信号频率选择采样率、根据电荷放大器模块所输出 的电压中所包含的压电半球谐振微陀螺仪模块输入角速度相关信号分量大小选择采样位 数。7. 根据权利要求1-4任一项所述的一种压电半球谐振微陀螺仪的数字控制检测系统， 其特征在于，所述的数字信号处理模块采用ARM、FPGA、DPS作为核心，并配合外部电路形成 一套对由ADC模块输出的数字信号进行处理的数字信号处理系统。8. 根据权利要求7所述的一种压电半球谐振微陀螺仪的数字控制检测系统，其特征在 于，所述数字信号处理模块对由压电半球谐振微陀螺仪模块产生并经过所述电荷放大器模 块和所述ADC模块处理后的任意一路检测信号和任意一路平衡信号进行滤波调相后进行差 分，从而去除两路信号中的共模基波分量，并对其中包含的压电半球谐振微陀螺仪模块输 入角速度相关信号分量进行放大;对由压电半球谐振微陀螺仪模块产生并经过所述电荷放 大器模块和所述ADC模块处理后的任意一路监测信号进行滤波和稳幅，作为反馈量进行反 馈;将差分后的信号和调相后的监测信号进行解调和滤波，产生幅值与压电半球谐振微陀 螺仪模块输入角速度大小正相关的直流信号。9. 根据权利要求8所述的一种压电半球谐振微陀螺仪的数字控制检测系统，其特征在 于，所述数字信号处理模块中的程序能自动分别找出并比较几路输入数字信号在第一个周 期内的最大值和最小值在保存这些数字信号的数组中的位置，并根据不同的需要将保存这 些数字信号的数组进行调整，实现自动调相功能。10. 根据权利要求9所述的一种压电半球谐振微陀螺仪的数字控制检测系统，其特征在 于，所述自动调相，具体如下： 压电半球谐振微陀螺仪模块具有检测电极、平衡电极和监测电极，将检测电极信号、平 衡电极信号和监测电极信号的数据通过ADC模块进行采集并滤波，分别保存在Sen[ ]、Bal []、Det[]三个数组中，其中Det[]数组中的数据经过对其数组中的最大值进行归一化处 理，即稳幅处理后可以通过DAC模块反馈给压电半球谐振微陀螺仪模块，对压电半球谐振微 陀螺仪模块的驱动信号进行稳幅稳频控制； 在初始化阶段，外部输入角速度Ω为0，此时Sen[ ]、Bal[]两数组中的信号仅为载波 信号；分别求出Sen[]数组和Bal[]数组中第一个周期中数据点中的最大值Maxl、Max2和 在数组中所在的位置pl、p2,将Bal[]数组对Sen[]数组进行归一化处理，并将Bal[]数组 中数据的位置进行平移使其最大值的位置P2与pi对齐，最后进行差分得到新数组Dec[]; 另一方面，求出Det[]数组中第一个周期中数据点中最大值Max3和最小值Min3在数组 中的位置P3、p4,通过平移数组Det[]中数据的位置，将上述两位置的中间位置p5与pi重 合，并将之与Dec[]中的数据相乘，得到解调信号数组Mul[]，最后用窗函数对数组Mul[] 进行低通滤波，就可以得到与Ω大小正比例相关的数据。
【专利摘要】本发明提供一种压电半球谐振微陀螺仪的数字控制检测系统，包括压电半球谐振微陀螺仪模块、电荷放大器模块、ADC模块、DAC模块、数字信号处理模块和输出或保存模块，其中：电荷放大器模块将压电半球谐振微陀螺仪模块产生的电荷信号转换为电压信号；ADC模块将接收到的模拟信号转换为数字信号；数字信号处理模块处理接收到的数字信号，处理结果一部分对外显示或保存，一部分作为反馈信号输出；DAC模块将反馈信号从数字信号转换为模拟信号从而反馈给压电半球谐振微陀螺仪模块；压电半球谐振微陀螺仪模块在给定反馈信号下被激振或被驱动并产生检测信号。本发明实现了对压电半球谐振微陀螺仪的稳幅稳频控制和数字检测。
【IPC分类】G01C19/5691
【公开号】CN105716596
【申请号】CN201610053408
【发明人】张卫平, 汪濙海, 孙殿竣, 唐健, 邢亚亮, 魏志方
【申请人】上海交通大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年1月26日