偶极子全温跟踪补偿控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及微机械巧螺仪，具体是一种偶极子全温跟踪补偿控制器。
【背景技术】
[0002] 微机械巧螺仪是一种采用哥氏效应原理敏感载体输入角速率信息的传感器，其具 有体积小、功耗低、重量轻、成本低、抗过载特性强、易于集成化和批量生产等优点，并广泛 应用于诸多领域（比如惯性导航、汽车安全、工业控制、消费电子等）。如图1-图2所示， 微机械巧螺仪包括巧螺结构、巧螺测控电路。所述巧螺结构包括驱动轴向结构、检测轴向结 构。所述检测轴向结构包括哥氏质量、检测位移提取结构（若检测回路为闭环回路，则检测 轴向结构还包括检测力反馈结构）。所述巧螺测控电路包括驱动闭环回路、检测回路。所述 检测回路包括前级放大接口、次级放大器、解调器、第一低通滤波器、第二低通滤波器（若 检测回路为闭环回路，则检测回路还包括调制器和直流信号叠加装置）。微机械巧螺仪的工 作模态包含驱动模态和检测模态。工作时，沿微机械巧螺仪输入轴施加输入角速率信号，贝U 微机械巧螺仪的检测回路产生输出信号。
[0003] 微机械巧螺仪的动力方程为：
[0011] 式（A1)中；x为驱动轴向结构的位移；为微机械巧螺仪驱动模态的谐振角频 率；Qy为微机械巧螺仪驱动模态的品质因数；F&为驱动轴向结构所受的驱动力；my为驱动 轴向结构的等效质量；ky为驱动模态等效刚度；Cy为驱动模态等效阻巧；Fd为驱动模态驱动 力幅度；为驱动模态驱动力的角频率（通常有《d= ?X) ;y为检测轴向结构的位移； 为微机械巧螺仪检测模态的谐振角频率；Qy为微机械巧螺仪检测模态的品质因数；Q,为微 机械巧螺仪的输入角速率；ky为检测模态等效刚度；my为检测轴向结构的等效质量；Cy为检 测模态等效阻巧。
[0012] 由于微机械巧螺仪通常采用真空封装，致使微机械巧螺仪检测模态的品质因数很 大（在2000W上），因此对式（A1)进一步求解可得：
[0016] 式（A3)-(A4)中；x为驱动轴向结构的位移；Fd为驱动模态驱动力幅度；nix为驱 动轴向结构的等效质量；为微机械巧螺仪驱动模态的谐振角频率；《i为驱动模态驱动 力的角频率；Qy为微机械巧螺仪驱动模态的品质因数；y为检测轴向结构的位移；F。为哥氏 力；为微机械巧螺仪检测模态的谐振角频率；Qy为微机械巧螺仪检测模态的品质因数； Q,为微机械巧螺仪的输入角速率。
[0017] 根据式（A2)-(A4)，可W得到微机械巧螺仪的机械灵敏度为：
[0018]
(A5);
[001引式（AW中；5。。。4。。1。。1为微机械巧螺仪的机械灵敏度；。历驱动模态驱动力幅度；9, 为微机械巧螺仪驱动模态的品质因数;my为驱动轴向结构的等效质量；《d为驱动模态驱动 力的角频率；为微机械巧螺仪检测模态的谐振角频率;Ay为驱动轴向结构的运动幅度； Af为微机械巧螺仪的模态频差（微机械巧螺仪驱动模态和检测模态的谐振角频率之差）。
[0020] 根据式（A5)可知，微机械巧螺仪的机械灵敏度与微机械巧螺仪的模态频差成反 比。
[0021] 微机械巧螺仪的标度因数为：
[0022]
[002引式（A6)中：V。。。。。为微机械巧螺仪的输出信号；QZ为微机械巧螺仪的输入角速率；Ay为驱动轴向结构的运动幅度；《d为驱动模态驱动力的角频率；Vd。。为驱动模态激励信号 的幅度；Ky。为检测位移提取结构的转换系数；Kpt。为前级放大接口的增益倍数；K%。为次级 放大器的增益倍数；Fun为第一低通滤波器的增益；Fup2为第二低通滤波器的增益；《y为 微机械巧螺仪检测模态的谐振角频率；Qy为微机械巧螺仪检测模态的品质因数。
[0024]由于微机械巧螺仪检测模态在真空封装状态下的品质因数很大（在2000W上）， 因此根据式（A6)可知，微机械巧螺仪存在四个共辆极点：
[00 巧] (A7);
[002引式（A7)中；Pi、P2、P3、P4为微机械巧螺仪存在的四个共辆极点；Wy为微机械巧螺 仪检测模态的谐振角频率；Qy为微机械巧螺仪检测模态的品质因数；《i为驱动模态驱动力 的角频率。
[0027]由于微机械巧螺仪检测模态在真空封装状态下的品质因数很大（在2000W上）， 通过对式（A7)进行化简可W发现，微机械巧螺仪在其模态频差处和模态频和（微机械巧螺 仪驱动模态和检测模态的谐振角频率之和）处各存在两个共辆极点：
[0028]
(A8);
[002引式（AS)中；Pi、P2为微机械巧螺仪在其模态频差处存在的两个共辆极点；《y为微 机械巧螺仪检测模态的谐振角频率；Qy为微机械巧螺仪检测模态的品质因数；《i为驱动模 态驱动力的角频率；P3、P4为微机械巧螺仪在其模态频和处存在的两个共辆极点。
[0030] 如图5所示，微机械巧螺仪在其模态频差处存在的两个共辆极点会使得微机械巧 螺仪的标度因数在微机械巧螺仪的模态频差处达到峰值，并使得微机械巧螺仪的相位剧烈 变化180°。微机械巧螺仪在其模态频和处存在的两个共辆极点对微机械巧螺仪带宽的影 响则可W忽略。
[0031] 通过对式（A6)进行化简可得：
[003引
（A9);
[003引式（A9)中：V。。。。。为微机械巧螺仪的输出信号；QZ为微机械巧螺仪的输入角速率；Ay为驱动轴向结构的运动幅度；Vd。。为驱动模态激励信号的幅度；Ky。为检测位移提取结构 的转换系数；Kpt。为前级放大接口的增益倍数；K%。为次级放大器的增益倍数；Fupi为第一低 通滤波器的增益；Fup2为第二低通滤波器的增益；Af为微机械巧螺仪的模态频差。
[0034] 根据式（A9)可知，微机械巧螺仪的带宽为：
[003引
（A10);
[0036] fb= 0. 54Af (All)；
[0037] 式（AlO)-(All)中；V。。。。。为微机械巧螺仪的输出信号；Qz为微机械巧螺仪的输入 角速率；fb为微机械巧螺仪的带宽；Af为微机械巧螺仪的模态频差。
[0038] 根据式（All)可知，微机械巧螺仪的带宽与微机械巧螺仪的模态频差成正比。
[0039] 然而在实际应用中，一方面为了提高微机械巧螺仪的机械灵敏度（W此提高微机 械巧螺仪的分辨率、阔值、信噪比、零偏稳定性、噪声特性），需要减小微机械巧螺仪的模态 频差，另一方面为了增大微机械巧螺仪的带宽，需要增大微机械巧螺仪的模态频差，由此使 得提高微机械巧螺仪的机械灵敏度和增大微机械巧螺仪的带宽成为一对矛盾，从而导致微 机械巧螺仪无法兼顾机械灵敏度和带宽。此外，如图7所示，由于制造微机械巧螺仪的材料 为娃，使得微机械巧螺仪驱动模态和检测模态的谐振角频率、微机械巧螺仪驱动模态和检 测模态的品质因数均会随着外界温度变化而发生变化，由此使得微机械巧螺仪的模态频差 随着外界温度变化而发生变化，从而使得微机械巧螺仪在其模态频差处存在的两个共辆极 点随着外界温度变化而发生漂移，进而导致微机械巧螺仪的带宽全温性能差（一方面导致 微机械巧螺仪的带宽在全温范围内变化大，另一方面导致微机械巧螺仪的带内平整度差）。 基于此，有必要发明一种全新的装置，W解决微机械巧螺仪无法兼顾机械灵敏度和带宽、带 宽全温性能差的问题。
【发明内容】
[0040] 本实用新型为了解决微机械巧螺仪无法兼顾机械灵敏度和带宽、带宽全温性能差 的问题，提供了 一种偶极子全温跟踪补偿控制器。
[0041] 本实用新型是采用如下技术方案实现的；偶极子全温跟踪补偿控制器，包括温度 补偿环节、零极点发生环节、比例环节；
[0042] 所述温度补偿环节包括第一运算放大器、第一温度补偿电阻、具有正温度系数的 热敏电阻、第二温度补偿电阻；
[0043] 所述零极点发生环节包括第二运算放大器、第=运算放大器、第四运算放大器、第 五运算放大器、第一电容、第二电容、第二电阻、第S电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、 第走电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻；
[0044] 所述比例环节包括第六运算放大器、第十一电阻、第十二电阻；
[0045] 第一运算放大器的正输入端与第一低通滤波器的输出端连接；第二运算放大器的 正输入端、第=运算放大器的正输入端、第四运算放大器的正输入端、第五运算放大器的正 输入端、第六运算放大器的正输入端均接地；第六运算放大器的输出端与第二低通滤波器 的输入端连接；
[0046] 第一电容的两端分别与第二运算放大器的负输入端和输出端连接；第二电容的两 端分别与第=运算放大器的负输入端和输出端连接；
[0047] 第一温度补偿电阻的一端接地，另一端与第一运算放大器的负输入端连接；具有 正温度系数的热敏电阻的两端分别与第一运算放大器的负输入端和输出端连接；第二温度 补偿电阻的两端分别与第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的负输入端连接；第二 电阻的两端分别与第二运算放大器的输出端和第=运算放大器的负输入端连接；第=电阻 的两端分别与第二运算放大器的负输入端和第四运算放大器的输出端连接；第四电阻的两 端分别与