微陀螺正交误差补偿方案研究及电路设计

摘要

基于MEMS技术的微机械陀螺是近十年快速发展起来的一种新型惯性器件，在军事、民用方面具有广阔的应用前景。然而，由于制作工艺、接口电路等的限制，目前微机械陀螺的性能普遍较低，限制了它的推广应用。本文以提高微机械陀螺的性能为目标，针对由工艺误差引入的正交误差进行了研究，并设计了电路实现正交误差的补偿消除。
　　从理论上分析了静电驱动电容检测式微机械陀螺的正交误差的产生原因，对驱动质量块和检测质量块进行受力分析，给出了包含正交误差效应的驱动方向和检测方向的动力学方程，建立了微陀螺的弹性梁存在偏差角时的完整等效电学模型。模型的仿真结果表明，检测方向的振动位移输出是正交误差位移和角速度位移的线性叠加，正交误差在检测方向引起的位移远大于角速度信号引起的位移，两者频率相同相位相差90°，对于滤波电路很难将其消除。
　　利用正交误差信号与角速度信号线性叠加的关系，提出一种通过电路补偿消除正交误差的方法，通过驱动端引入与正交误差信号同频反相的参考信号，对检测端输出信号进行补偿以消除正交误差。建立了包含正交误差补偿法的微陀螺系统Simulink模型，仿真表明正交误差补偿法可以在检测电路的第二次解调之前将正交误差信号补偿消除。
　　设计并分析了正交误差补偿法的理想模型电路以及具体的电路模块，使用Hspice对整体电路进行仿真。结果表明，当微陀螺驱动方向弹性梁和检测方向弹性梁偏差1°时，本文所设计的正交误差补偿电路可以补偿99.8％的正交误差，很好的实现了消除正交误差的功能。

目录

微陀螺正交误差补偿方案研究及电路设计

Quadrature Compensation Research and Circuit Design in Micro Gyroscope

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的和意义

1.4 课题主要研究内容

第2章 原理及正交误差分析

2.1 Coriolis原理

2.2 振动式微陀螺结构

2.3 驱动方向运动分析

2.4 检测方向运动分析

2.5 正交误差分析

2.6 本章小结

第3章 等效电学模型及正交误差补偿方法

3.1 正交误差特性分析

3.2 结构等效电学模型

3.3 电学模型的仿真分析

3.4 正交误差补偿法

3.5 本章小结

第4章 正交误差补偿法电路设计与仿真验证

4.1 理想模型电路设计

4.2 具体电路设计

4.3 总体电路仿真

4.4 本章小结

结论

参考文献

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