【摘 要】
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随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术的发展,MEMS陀螺已经成为一种在民用、商业、军事均有广泛应用的惯性传感器。由于MEMS陀螺材料和加工工艺以及电路方面的非理想因素,会使陀螺的有效性能大大降低。其中,驱动信号对敏感检测端的串扰——电馈通干扰、外界温度变化等因素对陀螺性能的影响较大。在MEMS陀螺的控制检测电路中,驱动模态输入信号与敏感模态
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随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术的发展,MEMS陀螺已经成为一种在民用、商业、军事均有广泛应用的惯性传感器。由于MEMS陀螺材料和加工工艺以及电路方面的非理想因素,会使陀螺的有效性能大大降低。其中,驱动信号对敏感检测端的串扰——电馈通干扰、外界温度变化等因素对陀螺性能的影响较大。在MEMS陀螺的控制检测电路中,驱动模态输入信号与敏感模态输出信号之间存在电馈通噪声,影响陀螺零速率输出,是重要误差源之一。由于MEMS陀螺的制作原料硅是一种热敏材料,温度变化会使陀螺的相关物理特性如系统刚度等发生改变,从而改变陀螺的谐振频率与品质因数,导致陀螺的标度因子和零偏输出变化。因此,抑制MEMS陀螺电馈通干扰以及对陀螺进行温度补偿,对提高陀螺的性能具有重要意义。本文完成的主要工作如下:(1)针对驱动信号对敏感检测端产生电馈通的问题,提出并实现利用参数激励方法来抑制MEMS陀螺电馈通干扰。通过新增一个频率为驱动激励信号两倍的参数激励信号,与驱动激励信号一同对驱动模态进行激励,在保持输出信号幅度不变的情况下,减小驱动激励幅度,从而有效抑制电馈通干扰。(2)针对温度变化影响陀螺零偏性能的问题,分析并构建了温度与陀螺频率、品质因数等性能参数的关系。采用温度自感应技术对陀螺的标度因子及零偏进行温度补偿,改善标度因子、零偏对温度的敏感性。实验测试表明,使用参数激励法对陀螺进行驱动激励,可将陀螺电馈通信号幅度从141.25mV降至38.75mV。在30℃~65℃的范围内对零偏进行一阶温度补偿,零偏稳定性由183.72°/h降至19.16°/h,在65℃~90℃的范围内对零偏进行四阶温度补偿,零偏稳定性由1871.41°/h降至31.81°/h。结果表明参数激励法能够有效降低电馈通干扰,温度补偿能够大大降低零偏的温度敏感性,对MEMS陀螺的性能具有提升作用。
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