微型陀螺激励与保护装置及方法与流程

本发明属于陀螺仪技术领域，涉及一种微型陀螺激励与保护装置、以及一种基于所述微型陀螺激励与保护装置的微型陀螺激励与保护方法。

背景技术：

近年来，惯性导航技术飞速发展，充分带动了相关的传感器产业发展，微型陀螺是其中的典型代表。然而，由于微型陀螺机械结构的固有特性，其在实际运行过程中，不可避免地会产生各类误差，诸如零偏不稳定性、标度因数不稳定性等问题。

追根溯源，除了陀螺本身的机械结构引起的误差外，其激励装置所导致的误差也层出不穷。因此，对于微型陀螺激励装置的研究尤为重要。

调查发现，传统方案对于激励装置的设计只停留在仅能实现基本功能的状态，并没有对各类激励信号进行有效处理，更没有为陀螺设计保护装置。

具体而言，传统方案在对陀螺输出的信号进行采集并解调，通过解调装置分离出有效信号和频率分裂信号，pid控制器根据频率分裂信号对陀螺进行调谐操作，通过锁相环电路追踪谐振频率信号，振荡器根据此信号产生驱动信号，驱动陀螺运行。

传统方案没有针对驱动信号、调谐信号、偏置电压信号、零位参考信号进行有效处理。

综上，传统方案中微型陀螺的激励装置存在如下缺陷：

1.驱动信号当中存在直流偏置分量等低频噪声信号，长时间运行会对陀螺造成不可逆的损伤，严重影响其使用寿命，因此，传统方案不适于长时间运行的应用领域。

2.由于振荡器的固有结构特性，其输出的驱动信号当中，不可避免会存在高频谐波，高频谐波经驱动信号进入陀螺当中，会引起标度因数不稳定等问题。

3.传统方案并未对驱动信号中叠加的低频和高频噪声信号进行有效处理，导致噪声信号进入陀螺，严重影响了陀螺对于微小输入信号的检测敏感度，即陀螺分辨率严重下降。

4.传统方案的闭环驱动回路，受制于携带低频噪声和高频噪声的驱动信号，其陀螺的动态响应范围受到噪声信号的限制。

5.调谐信号中叠加的高频谐波未被及时处理，导致其进入陀螺的调谐电极，对频率分裂的调谐产生不利影响，限制了陀螺的模态匹配，引起零偏不稳定等问题。

6.传统方案未对陀螺的零位参考电极进行有效隔离，导致电路中的各类回流噪声信号，与杂散电容耦合进入陀螺，严重时会影响两个模态的正常运行。

7.陀螺作为一种容性负载，其实际运行时，负载会发生较大的变化，传统方案未对偏置电压源进行处理，导致电压源的动态性能不能满足陀螺的实际运行需求，从而引发陀螺供电不稳定等问题，进而影响了陀螺的各项性能指标。

8.传统方案未对偏置电压源潜在的输入纹波进行有效处理，当输入纹波出现并作用在陀螺上时，有较大概率会导致陀螺被击穿，此为永久不可逆的严重损坏，整个陀螺系统会因此报废，进而导致惯性导航系统失灵。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提出一种微型陀螺激励与保护装置，以便对诸如驱动信号、调谐信号等各类激励信号进行有效处理，同时为陀螺提供保护。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

微型陀螺激励与保护装置，包括陀螺电路、参考源电路以及解调驱动调谐电路；

其中，陀螺电路包括一号感应电极、二号感应电极、一号驱动电极、二号驱动电极、调谐电极、零位参考电极以及偏置参考电极；

解调驱动调谐电路包括c/v电路、减法器、加法器、乘法器、低通滤波器、pid控制器、锁相环电路、压控振荡器、增益调整电路、延时器以及驱动执行电路；

驱动执行电路有两个，即第一驱动执行电路以及第二驱动执行电路；

以上两个驱动执行电路的结构相同，且均包括一个vga和一个通带可调缓冲器；

c/v电路有两个，即一号c/v电路和二号c/v电路；

减法器有一个；加法器有一个，即第一加法器；

乘法器有四个，即第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器；低通滤波器有四个，即第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器和第四低通滤波器；

一号感应电极通过机电接口与一号c/v电路的输入端相连，一号c/v电路的输出端分别与减法器和第一加法器的一个输入端相连；二号感应电极通过机电接口与二号c/v电路的输入端相连，二号c/v电路的输出端分别与减法器和第一加法器的另一个输入端相连；

减法器的输出端分别连接至第一乘法器和第二乘法器的输入端，第一乘法器的输出端与第一低通滤波器的输入端相连，第二乘法器的输出端与第二低通滤波器的输入端相连；

第一加法器的输出端分别连接至第三乘法器和第四乘法器的输入端，第三乘法器的输出端与第三低通滤波器的输入端相连，第四乘法器的输出端与第四低通滤波器的输入端相连；

第一低通滤波器的输出端与pid控制器相连；

pid控制器与调谐电极之间设有第二铁氧体；pid控制器的输出端与第二铁氧体的输入端相连，第二铁氧体的输出端通过机电接口与调谐电极相连；

第二低通滤波器的输出端连接至装置的信号输出端；

第三低通滤波器和第四低通滤波器的输出端分别连接至锁相环电路的输入端；

锁相环电路的输出端分别连接至压控振荡器和两个通带可调缓冲器的频率信号输入端；

压控振荡器的输出端有三个，有一个输出端与增益调整电路的输入端相连，另外两个输出端分别连接至一个驱动执行电路中vga的输入端；

增益调整电路的输出端有三个，分别连接至延时器、第二乘法器和第四乘法器的输入端；延时器的输出端两个，且分别连接至第一乘法器和第三乘法器的输入端；

每个驱动执行电路中vga的输出端分别与相应的通带可调缓冲器的输入端相连；其中，通带可调缓冲器被配置为用于根据锁相环电路输出的频率信号在线调整通带频率；

第一驱动执行电路中通带可调缓冲器的输出端通过机电接口与一号驱动电极相连，第二驱动执行电路中通带可调缓冲器的输出端通过机电接口与二号驱动电极相连；

参考源电路包括信号参考源以及偏置电压源；

信号参考源与零位参考电极之间设有第一铁氧体；其中，信号参考源与第一铁氧体的输入端相连，第一铁氧体的输出端通过机电接口与零位参考电极相连；

偏置电压源与偏置参考电极之间还设有ldo电路；其中，偏置电压源与ldo电路的输入端相连，ldo电路的输出端通过机电接口与偏置参考电极相连。

优选地，通带可调缓冲器包括：

加法器、电阻器、电容器、放大器、可变电阻器件、乘法电路、第一pga以及第二pga；

电阻器包括第一电阻器和第二电阻器，电容器包括第一电容器和第二电容器；

加法器有两个，即第二加法器和第三加法器；

通带可调缓冲器的输入端、第二电容器的输出端连接至第二加法器的输入端；第二加法器的输出端连接至第一电阻器和第一电容器的输入端，第一电阻器输出端连接信号参考端；

第一电容器的输出端以及第二电阻器的输出端连接至第三加法器的输入端，第三加法器的输出端连接至放大器的负相信号输入端，放大器的同相信号输入端连接信号参考端；

放大器的输出端连接至乘法电路的输入端、第二电容器以及可变电阻器件的输入端，可变电阻器件的输出端连接至第二电阻器的输入端；

第一pga的输入端为频率信号输入端，锁相环电路的输出端连接至第一pga的输入端；第一pga的输出端连接至可变电阻器件的控制信号端；

乘法电路输出端连接通带可调缓冲器的输出端；第二pga的输入端为频率信号输入端，锁相环电路的输出端连接至第二pga输入端，第二pga输出端连接至乘法电路的控制信号端。

优选地，可变电阻器件包括电位器、mos管或jfet。

本发明的目的之二在于提出一种微型陀螺激励与保护方法，该方法基于上面提到的微型陀螺激励与保护装置，其具体技术方案如下：

微型陀螺激励与保护方法，包括如下步骤：

i.信号参考源产生零位参考源信号并输送至第一铁氧体；

第一铁氧体对零位参考源信号进行处理，处理后的信号输送至零位参考电极；

偏置电压源产生偏置参考源信号并输送至ldo电路；

ldo电路对偏置参考源信号进行处理，处理后的信号输送至偏置参考电极；

ii.陀螺产生两个振动模态的输出信号，即第一振动模态和第二振动模态的输出信号；

第一振动模态的输出信号经过一号感应电极输出至一号c/v电路，一号c/v电路将第一振动模态的输出信号转换为能够稳定传输的电压信号；

第二振动模态的输出信号经过二号感应电极输出至二号c/v电路，二号c/v电路将第二振动模态的输出信号转换为能够稳定传输的电压信号；

一号c/v电路的输出信号和二号c/v电路的输出信号进入减法器进行减法运算；

减法器的输出信号分别输入第一乘法器和第二乘法器；

一号c/v电路的输出信号和二号c/v电路的输出信号进入第一加法器进行加法运算；

第一加法器的输出信号分别输入第三乘法器和第四乘法器；

压控振荡器根据锁相环电路的频率信号产生相应频率的正弦波振荡信号，并分三路输出，其中一路输出至增益调整电路，另外两路输出至每个驱动执行电路的vga；

增益调整电路对压控振荡器产生的正弦波振荡信号进行幅值放大，并分三路输出；一路经过延时器后进入第一乘法器和第三乘法器，另两路分别输出至第二乘法器和第四乘法器；

在第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器内的信号分别进行乘法运算；

第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器的输出信号分别进入第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器和第四低通滤波器，保留有效信号滤除高频信号；

第一低通滤波器的输出信号到达pid，pid根据第一低通滤波器的输出信号产生直流调谐信号，并输出至第二铁氧体，第二铁氧体对调谐信号进行处理后输出至调谐电极；

第二低通滤波器的输出信号由装置的信号输出端输出；

第三低通滤波器和第四低通滤波器的输出信号进入锁相环电路，锁相环电路根据第三低通滤波器和第四低通滤波器的输出信号计算实时频率信号；

锁相环电路解调后的频率信号分别进入压控振荡器和两个通带可调缓冲器；

压控振荡器产生的另外两路信号进入每个驱动执行电路的vga进行幅值调整后，进入各自对应的通带可调缓冲器，通带可调缓冲器在线调整通带频率；

第一驱动执行电路中的通带可调缓冲器的输出信号输送至一号驱动电极；第二驱动执行电路中的通带可调缓冲器的输出信号输送至二号驱动电极；

一号驱动电极和二号驱动电极接收的信号用于驱动陀螺的起振。

优选地，步骤ii中，通带可调缓冲器在线调整通带频率的过程如下：

vga进行幅值调整后的信号经过通带可调缓冲器的输入端进入第二加法器，并与输入到第二加法器的第二电容器的输出信号进行加法运算；

第二加法器的输出信号分别到达第一电阻器和第一电容器；

第一电阻器的输出信号到达信号参考端；

第一电容器的输出信号与第二电阻器的输出信号分别输入到第三加法器内进行加法运算，第三加法器的输出信号到达放大器负相输入端；放大器正相输入端连接信号参考端；

放大器的输出信号分三路，其中一路输出到可变电阻器件的输入端，可变电阻器件的输出端连接第二电阻器的输入端，锁相环电路输出频率信号至第一pga；

第一pga输出控制信号，控制可变电阻器件改变电阻阻值，在线调整通带频段；

放大器的另一路输出信号进入第二电容器；

放大器还有一路输出信号到达乘法电路，锁相环电路输出频率信号至第二pga；第二pga的输出信号控制乘法电路进行增益补偿，补偿后的信号经通带可调缓冲器的输出端输出。

本发明具有如下优点：

如上所述，本发明针对传统方案未对各类激励信号进行有效处理，导致微型陀螺零偏不稳定、标度不稳定等问题，设计了一种微型陀螺激励与保护装置及方法。由于微型陀螺的固有机械特性，其实际运行过程中，谐振频率不可避免会发生偏移，本发明通过实时检测并解析陀螺的谐振频率，在线调整通带可调缓冲器的通带频率，避免低频和高频噪声进入陀螺，提高了陀螺的检测分辨率、标度因数稳定性和动态响应范围。此外，本发明还对调谐信号中叠加的高频谐波进行处理，提升了陀螺的模态匹配性能，进而提升其零偏稳定性。最后，本发明采用隔离、通带可调等举措，抑制了输入纹波、回流噪声和直流偏置分量进入陀螺，防止其对陀螺机械结构造成不可逆的损伤，有效避免了潜在的安全威胁，并延长了陀螺的使用寿命，本发明适用于长时间运行的应用领域。

附图说明

图1为本发明实施例1中微型陀螺激励与保护装置的结构框图；

图2为本发明实施例1中微型陀螺激励与保护装置的结构简图；

图3为本发明实施例1中陀螺电路的结构框图；

图4为本发明实施例1中解调驱动调谐电路的结构框图；

图5为本发明实施例1中通带可调缓冲器的结构框图；

其中，1-vga，2-通带可调缓冲器，3-减法器，4-第一加法器，5-第一乘法，6-第二乘法器，7-第三乘法，8-第四乘法器，9-第一低通滤波器；

10-第二低通滤波器，11-第三低通滤波器，12-第四低通滤波器，13-vga，14-第二加法器，15-第三加法器，16-第一pga，17-jfet，18-乘法电路，19-第二pga。

具体实施方式

名词解释：

本发明中的激励包含驱动、调谐，参考源电路里的偏置电压源也算激励。

ldo电路即低压差线性稳压器电路，为已成熟的电路方案。

jfet即结型场效应晶体管，简称场效应管。

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

如图1和图2所示，本实施例1述及了一种微型陀螺激励与保护装置，其包括陀螺电路、参考源电路、解调驱动调谐电路以及机电接口等。

陀螺电路、参考源电路以及解调驱动调谐电路之间通过机电接口相连，并通过相应的机电接口进行信号的传递，参考源电路、解调驱动调谐电路起到激励与保护作用。

下面对以上各个电路的组成结构以及连接关系作进一步详细描述：

如图3所示，陀螺电路包括一号感应电极、二号感应电极、一号驱动电极、二号驱动电极、调谐电极、零位参考电极以及偏置参考电极等。

一号感应电极用于输出陀螺产生的第一振动模态的输出信号，同理，二号感应电极用于输出陀螺产生的第二振动模态的输出信号，输出信号通过相应机电接口输出。

一号驱动电极用于接收第一振动模态的输入驱动信号，同理，二号驱动电极用于接收第二振动模态的输入驱动信号，输入驱动信号通过相应机电接口输入。

调谐电极用于接收调谐信号。

零位参考电极用于接收零位参考源信号，偏置参考电极用于接收偏置参考源信号。

如图4所示，解调驱动调谐电路包括c/v电路、减法器、加法器、乘法器、低通滤波器、pid控制器、锁相环电路、压控振荡器、增益调整电路、延时器以及驱动执行电路。

驱动执行电路有两个，即第一驱动执行电路以及第二驱动执行电路。

以上两个驱动执行电路分别连接至陀螺的一号驱动电极和二号驱动电极处。其中，这两个驱动执行电路的结构相同，且均包括一个vga1和一个通带可调缓冲器2。

c/v电路有两个，即一号c/v电路和二号c/v电路。

减法器3有一个。加法器有一个，即第一加法器4。乘法器有四个，即第一乘法器5、第二乘法器6、第三乘法器7和第四乘法器8。低通滤波器有四个，即第一低通滤波器9、第二低通滤波器10、第三低通滤波器11和第四低通滤波器12。

一号感应电极通过1号机电接口与一号c/v电路的输入端相连，陀螺产生的第一振动模态的输出信号，通过一号感应电极输出至1号机电接口，并进入一号c/v电路。

二号感应电极通过2号机电接口与二号c/v电路的输入端相连，陀螺产生的第二振动模态的输出信号，通过二号感应电极输出至2号机电接口，并进入二号c/v电路。

一号c/v电路的输出端分别与减法器3和第一加法器4的一个输入端相连。二号c/v电路的输出端分别与减法器3和第一加法器4的另一个输入端相连。

c/v电路用于将陀螺振动模态输出的微小电容信号转换为可稳定传输的电压信号。

减法器3将一号c/v电路和二号c/v电路的输出信号做差运算，第一加法器4将一号c/v电路和二号c/v电路的输出信号进行加法运算。

减法器3的输出端分别连接至第一乘法器5和第二乘法器6的输入端，第一加法器4的输出端分别连接至第三乘法器7和第四乘法器8的输入端。

第一乘法器5的输出端与第一低通滤波器9的输入端相连，第二乘法器6的输出端与第二低通滤波器10的输入端相连；第三乘法器7的输出端与第三低通滤波器11的输入端相连。

第四乘法器8的输出端与第四低通滤波器12的输入端相连。

四个乘法器的输出信号分别同时进入各自的低通滤波器，保留有效信号滤除高频信号。

第一低通滤波器9的输出端与pid控制器的输入端相连，pid控制器的输出端通过5号机电接口连接至调谐电极。pid控制器的作用在于：

根据第一低通滤波器的输出信号产生直流调谐信号，并输出至陀螺。

由于pid控制器产生的直流调谐信号中叠加的高频谐波未被及时处理，导致其进入陀螺，对频率分裂的调谐产生不利影响，限制陀螺的模态匹配，引起零偏不稳定等问题。

针对以上技术问题，本实施例在pid控制器与调谐电极之间还设有第二铁氧体。

其中，pid控制器的输出端与第二铁氧体的输入端相连，第二铁氧体的输出端通过5号机电接口与调谐电极相连。

pid控制器根据第一低通滤波器的输出信号，向第二铁氧体输出调谐信号，第二铁氧体对调谐信号进行处理后，通过5号机电接口进入陀螺。

第二铁氧体的作用为：

铁氧体作为一种感性阻抗，对于高频信号表现出电阻的特性，同时又可以保证铁氧体两端电路的电势相等。pid控制器输出的直流调谐信号中叠加了高频谐波。

本发明利用铁氧体的特性，阻断高频谐波的正常流通，从而抑制其进入陀螺，同时保证调谐信号不会因此衰减，提升了陀螺的模态匹配性能和零偏稳定性能。

第二低通滤波器10的输出端连接至装置的信号输出端，用于输出信号。

第三低通滤波器11和第四低通滤波器12的输出端分别连接至锁相环电路的输入端；锁相环电路的输出端分别连接至压控振荡器和两个通带可调缓冲器的频率信号输入端。

其中，第三低通滤波器11和第四低通滤波器12的输出信号用于锁相环电路解调频率信号，锁相环电路解调后的频率信号分别进入压控振荡器和两个通带可调缓冲器。

压控振荡器根据锁相环电路输出的频率信号，产生相应频率的正弦波振荡信号。

压控振荡器的输出端有三个，其中一个输出端与增益调整电路的输入端相连；另外两个输出端分别连接至一个驱动执行电路中vga的输入端。

压控振荡器的作用有两个，一个是根据此频率信号向增益调整电路输出用于解调的参考信号，另一个作用是向每个驱动执行电路中的vga输出驱动信号。

增益调整电路例如采用vga13，压控振荡器的输出端与vga13的输入端相连。

压控振荡器产生的正弦波振荡信号进入vga13后进行幅值放大。

vga13的输出端有三个，分别连接至延时器、第二乘法器6和第四乘法器8的输入端；延时器的输出端两个，且分别连接至第一乘法器5和第三乘法器7的输入端。

vga13的输出信号分为三路，一路输出至延时器，另外两路分别输出至第二乘法器和第四乘法器，延时器的输出信号分为两路，分别输出至第一乘法器和第三乘法器。

本实施例中的延时器为90度相位延时器。

当然，增益控制电路还可以采用pga，即可编程增益放大器，此处不再赘述。

每个驱动执行电路中vga的输出端分别与相应的通带可调缓冲器的输入端相连。

通带可调缓冲器根据锁相环电路输出的频率信号在线调整通带频率，利于将驱动信号中的低频噪声和高频噪声去除，提高陀螺的检测分辨率、标度因数稳定性和动态响应范围。

第一驱动执行电路中通带可调缓冲器2的输出端通过3号机电接口与一号驱动电极相连，第二驱动执行电路中通带可调缓冲器2的输出端通过4号机电接口与二号驱动电极相连。

两个驱动执行电路中的vga1分别对压控振荡器输出的驱动信号进行幅值调节，并分别输出至各自对应的通带可调缓冲器内，缓冲器将驱动信号做带通缓冲放大处理，分别经由3号机电接口和4号机电接口进入一号驱动电极和二号驱动电极，达到驱动陀螺的目的。

其中，3号机电接口用于接收第一振动模态的输入驱动信号，并输出至一号驱动电极，4号机电接口用于接收第二振动模态的输入驱动信号，并输出至二号驱动电极。

本发明考虑了因直流偏置分量施加在器件上造成的器件损伤与老化问题，以及振荡器在输出驱动信号中叠加的高频谐波对陀螺造成的不利影响。

基于以上技术问题，本发明此设计了两个通带可调缓冲器，可根据锁相环电路输出的实时频率信号，对缓冲器的通带频率进行在线调整，保证驱动信号充分缓冲放大的同时，能够有效滤除直流偏置分量和高频谐波信号。一方面，防止直流偏置分量长期施加在陀螺的机械结构上，延长陀螺的使用寿命，保证长时间运行的稳定性；另一方面，压控振荡器在运行过程中，不可避免会输出不同程度的高频谐波信号，该通带可调缓冲器能防止高频谐波信号通过驱动电极进入陀螺，从而提升了标度因数稳定性和检测分辨率。

如图5所示，通带可调缓冲器包括加法器、电阻器、电容器、放大器、可变电阻器件和第一pga；电阻器包括第一电阻器和第二电阻器，电容器包括第一电容器和第二电容器。

加法器有两个，即第二加法器14和第三加法器15。

通带可调缓冲器的输入端(即图5中的机电接口输入端)、第二电容器的输出端分别连接至第二加法器14的输入端；第二加法器的输出端分别连接至第一电阻器和第一电容器的输入端，第一电阻器输出端连接信号参考端，此处信号参考端例如为模拟信号零位参考。

第一电容器的输出端以及第二电阻器的输出端分别连接至第三加法器15的输入端，第三加法器的输出端连接至放大器的负相信号输入端，放大器的同相信号输入端连接信号参考端。

放大器的输出端分别连接至通带可调缓冲器的输出端(即图5中的机电接口输出端)、第二电容器的输入端以及可变电阻器件的输入端。

可变电阻器件的输出端连接至第二电阻器的输入端；锁相环电路的输出端连接至第一pga16的输入端；第一pga16的输出端连接至可变电阻器件的控制信号端。

其中，可变电阻器件例如采用jfet17。第一pga的输出端连接至jfet的栅极，jfet的漏极端与放大器的输出端相连，jfet的源极端与第二电阻器的输入端相连。

其中，jfet的漏极端与源极端分别作为可变电阻器件的两端。

第一pga16输出指定范围内的电压值给jfet的栅极，使其工作在深三极管区。pga输出不同的电压信号，漏极和源极之间表现出不同的电阻特性，达到改变电阻阻值的目的。

当然，jfet17也可以替换成其他的可变电阻器件，例如mos管和电位器等。

本实施例中通带可调缓冲器进行通带调整并去除相应噪声的原理如下：

第一电阻器和第一电容器对信号表现出高通特性，能够有效抑制电路中的直流偏置分量。第二电容器作为积分环节，与jfet17和第二电阻器共同表现出低通特性，能够抑制振荡器输出的高频谐波。通过对jfet17的电阻特性控制，能够达到通带可调的目的。

在增加通带可调缓冲器后，会产生增益亏损。

为了补偿通带可调缓冲器的增益亏损，在放大器的输出端与通带可调缓冲器的输出端之间还设有乘法电路18和第二pga19，其中，乘法电路18用于补偿增益亏损。

放大器的输出端、乘法电路18以及通带可调缓冲器的输出端依次相连。

第二pga19的输入端为频率信号输入端，锁相环电路的输出端还连接至第二pga19的输入端，第二pga的输出端连接至乘法电路18的控制信号端。

乘法电路根据锁相环电路输出的频率信号，对缓冲器通带调整导致的增益亏损进行补偿。

本实施例在闭环驱动回路中抑制了驱动信号的各类噪声，提升了陀螺的动态响应范围。

参考源电路包括信号参考源以及偏置电压源。其中，信号参考源通过6号机电接口与零位参考电极相连，偏置电压源通过7号机电接口与偏置参考电极相连。

在陀螺装置实际运行过程中，电路中分布不均的高频回流噪声，通过耦合到信号参考源的形式，进入陀螺的零位参考电极，严重时会影响陀螺的正常工作。

一种优选方式，在信号参考源与零位参考电极之间还设有第一铁氧体。信号参考源与第一铁氧体的输入端相连，第一铁氧体的输出端通过6号机电接口与零位参考电极相连。

6号机电接口接收信号参考源输出的零位参考源信号，并输出至零位参考电极。

第一铁氧体的作用在于：铁氧体作为一种感性阻抗，对于高频信号表现出电阻的特性，同时又能保证铁氧体两端电路的电势相等。本发明利用此特性设计了利用铁氧体对零位参考电极进行隔离的电路，抑制了电路中的高频回流噪声进入陀螺(产生的各类不利影响)，保证了陀螺零位参考的准确性，从而提升了陀螺零偏稳定性能。

另外，陀螺作为一种容性负载，其实际工作时，负载会发生较大的变化，这对偏置电压源提出了更高的要求。此外，偏置电压源中叠加的输入纹波和噪声信号，通过偏置参考电极进入陀螺，构成了潜在的安全威胁；一方面幅值较小的输入纹波，会直接损坏陀螺内部的机械结构，加速老化进程，折损使用寿命；另一方面幅值较大的输入纹波，能直接击穿陀螺，造成器件永久损坏，从而导致惯性导航系统失灵，进而引发的损失不可估量。

一种优选方式，在偏置电压源与偏置参考电极之间还设有ldo电路。偏置电压源与ldo电路的输入端相连，ldo电路的输出端通过7号机电接口与偏置参考电极相连。7号机电接口接收偏置电压源输出的偏置参考源信号，并输出至偏置参考电极。

本发明考虑了陀螺的容性负载特征，利用动态性能较高的ldo电路，对偏置电压源进行有效处理，极大改善了实际运行时容性负载发生变化引起的供电不稳定问题，保障系统长时间平稳运行。ldo电路内部的闭环负反馈电路，能够对偏置电压源进行有效稳压，其具有较高的噪声性能和电源抑制比性能。本发明利用ldo电路的电源抑制比性能，改善了输入纹波对陀螺造成不可逆损伤的问题，延长了陀螺的使用寿命；利用ldo电路的噪声性能，防止电压源噪声通过偏置参考电极进入陀螺，提升了陀螺的偏置电压灵敏度。

本发明实施例适用于微型陀螺领域，通过对陀螺的谐振频率进行在线追踪，调整激励信号达到保护器件的目的。

实施例2

本实施例2述及了一种微型陀螺激励与保护方法，该方法基于上述实施例1中的微型陀螺激励与保护装置。结合图1和图5所示，微型陀螺激励与保护方法，包括如下步骤：

i.信号参考源产生零位参考源信号并输送至第一铁氧体。

第一铁氧体对零位参考源信号进行处理，处理后的信号输送至零位参考电极。

偏置电压源产生偏置参考源信号并输送至ldo电路。

ldo电路对偏置参考源信号进行处理，处理后的信号输送至偏置参考电极。

ii.陀螺产生两个振动模态的输出信号，即第一振动模态和第二振动模态的输出信号。

第一振动模态的输出信号经过一号感应电极输出至一号c/v电路，一号c/v电路将第一振动模态的输出信号转换为能够稳定传输的电压信号。

第二振动模态的输出信号经过二号感应电极输出至二号c/v电路，二号c/v电路将第二振动模态的输出信号转换为能够稳定传输的电压信号。

一号c/v电路的输出信号和二号c/v电路的输出信号进入减法器3进行减法运算。

减法器3的输出信号分别输入第一乘法器5和第二乘法器6。

一号c/v电路的输出信号和二号c/v电路的输出信号进入第一加法器4进行加法运算。

第一加法器4的输出信号分别输入第三乘法器7和第四乘法器8。

压控振荡器根据锁相环电路的频率信号产生相应频率的正弦波振荡信号，并分三路输出，其中一路输出至增益调整电路，另外两路输出至每个驱动执行电路的vga1。

增益调整电路对压控振荡器产生的正弦波振荡信号进行幅值放大，并分三路输出；

一路经过延时器后进入第一乘法器5和第三乘法器6，另两路分别输出至第二乘法器7和第四乘法器8；在以上各个乘法器内的信号分别进行乘法运算。

第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器的输出信号分别进入第一低通滤波器9、第二低通滤波器10、第三低通滤波器11和第四低通滤波器12，保留有效信号滤除高频信号。

第一低通滤波器9的输出信号到达pid，pid根据第一低通滤波器的输出信号产生直流调谐信号，并输出至第二铁氧体，第二铁氧体对调谐信号进行处理后输出至调谐电极。

第二低通滤波器10的输出信号由装置的信号输出端输出。

第三低通滤波器11和第四低通滤波器12的输出信号进入锁相环电路，锁相环电路根据第三低通滤波器和第四低通滤波器的输出信号计算实时频率信号。

锁相环电路解调后的频率信号分别进入压控振荡器和两个通带可调缓冲器2。

压控振荡器产生的另外两路信号进入每个驱动执行电路的vga进行幅值调整后，进入各自对应的通带可调缓冲器，通带可调缓冲器在线调整通带频率。

通带可调缓冲器在线调整通带频率的过程如下：

vga进行幅值调整后的信号经过通带可调缓冲器的输入端进入第二加法器14，并与输入到第二加法器14的第二电容器的输出信号进行加法运算。

第二加法器14的输出信号分别到达第一电阻器和第一电容器。

第一电阻器的输出信号到达信号参考端。

第一电容器的输出信号与第二电阻器的输出信号分别输入到第三加法器15内进行加法运算，第三加法器15的输出信号到达放大器负相输入端。

放大器正相输入端连接信号参考端。

放大器的输出信号分三路，其中一路输出到可变电阻器件的输入端，可变电阻器件的输出端连接第二电阻器的输入端，锁相环电路输出频率信号至第一pga16。

第一pga16输出控制信号，控制可变电阻器件改变电阻阻值，在线调整通带频段。

放大器的另一路输出信号进入第二电容器。

放大器还有一路输出信号到达乘法电路18，锁相环电路输出频率信号至第二pga19。

第二pga19输出控制信号，并控制乘法电路18对通带可调缓冲器引入的增益亏损进行补偿，补偿后的信号经通带可调缓冲器的输出端输出。

第一驱动执行电路中的通带可调缓冲器的输出信号输送至一号驱动电极；第二驱动执行电路中的通带可调缓冲器的输出信号输送至二号驱动电极。

一号驱动电极和二号驱动电极接收的信号用于驱动陀螺的起振。

本实施例能够对驱动信号、调谐信号等各类激励信号进行有效处理，利于提升陀螺的标度因数稳定性、检测分辨率、动态响应范围、零偏稳定性以及偏置电压灵敏度等特性，同时为陀螺提供有效保护，延长了陀螺使用寿命，保障陀螺长时间稳定工作。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。