壓電半球諧振陀螺儀的全角度控制信號檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種壓電半球諧振陀螺儀的全角度控制信號檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]微機械電子系統(tǒng)(MEMS)主要包括微機構(gòu)、微傳感器、微執(zhí)行器以及相關(guān)的電路等幾部分。MEMS是近年來發(fā)展起來的一種新型多學(xué)科交叉的技術(shù)，它對21世紀(jì)的人類產(chǎn)生了巨大而深遠的影響。
[0003]半球諧振微陀螺儀采用壓電材料作為主體部件，采用全角度控制技術(shù)，具有穩(wěn)定性高、抗沖擊能力強、精度高、誤差小等優(yōu)越特性，在航空航天、慣性導(dǎo)航以及民用消費電子等領(lǐng)域等具有廣泛的應(yīng)用前景。這種陀螺利用反饋電路中的鎖相環(huán)模塊及參數(shù)計算模塊，將產(chǎn)生的信號經(jīng)過各種處理之后，較為精確地得到半球諧振陀螺的總角度的變化。
[0004]無論是半球諧振微陀螺儀的全角度控制還是檢測，都是它本身工作的重要環(huán)節(jié)。對一些文獻進行檢索，哈爾濱工程大學(xué)自動化學(xué)院高勝利等人在2006年傳感技術(shù)學(xué)報上發(fā)表的文章“全角模式半球諧振陀螺的信號檢測法研究”文獻中提到，半球諧振陀螺的信號檢測的電路圖由采樣保持工具對半球諧振陀螺的輸出信號進行采樣，然后經(jīng)過除法器的邏輯判斷對信號進行處理，從而檢測出諧振子振型的進動角度。但是，文獻中所述的工作方式并沒有給出具體的電路實施方案，而且這種方式無法對半球諧振陀螺的頻率與相位進行跟蹤，振型進動角的檢測精度也不是很高。
[0005]在實際中，壓電半球諧振陀螺儀的全角度控制信號檢測系統(tǒng)給出了完整且可切實實施的電路系統(tǒng);且使用壓電的半球諧振陀螺進行信號檢測，由于壓電半球諧振陀螺可以準(zhǔn)確的檢測出電荷信號，所以采用壓電的半球陀螺比文獻中的信號檢測要較為準(zhǔn)確;相較于一般的檢測諧振陀螺角度需要用積分器，本電路圖完全省去了積分器，從而少一級時間誤差，響應(yīng)的速度也更快。并且該電路裝置還可以實現(xiàn)對輸出信號的頻率自動跟蹤，所述控制信號系統(tǒng)能夠較為精細準(zhǔn)確地得到半球諧振陀螺的總的角度變化情況。
[0006]基于此，迫切需要一種半球諧振陀螺儀的全角度控制信號檢測系統(tǒng)，使其避免或減小上述影響因素，同時擴展其應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種壓電半球諧振陀螺儀的全角度控制信號檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進行閉環(huán)設(shè)計與控制，從而實現(xiàn)對半球諧振陀螺的全角度的檢測與控制。
[0008]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種壓電半球諧振陀螺儀的全角度控制信號檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:半球諧振陀螺、兩個鎖相環(huán)、解調(diào)器模塊、參數(shù)計算器模塊、PI控制器模塊和調(diào)制器模塊，其中:
[0009]所述半球諧振陀螺的X軸和Y軸分別為O度電極軸和45度電極軸，O度電極軸和45度電極軸分別與一個鎖相環(huán)連接，從而分別產(chǎn)生同向與正交參考信號；
[0010]所述鎖相環(huán)與解調(diào)器模塊相連接，鎖相環(huán)向解調(diào)器模塊輸出同向與正交參考信號，解調(diào)器模塊解調(diào)由兩個鎖相環(huán)輸出的同向與正交參考信號；
[0011 ]所述參數(shù)計算器模塊與解調(diào)器模塊連接，參數(shù)計算器模塊根據(jù)解調(diào)器模塊解調(diào)出的信號，計算出壓電半球諧振陀螺整體運動能量E、與正交參考信號成比例的能量Qu和半球諧振陀螺的總的角度變化的總和Θ ;
[0012]所述PI控制器模塊與參數(shù)計數(shù)器模塊連接，用于使所得到的變化信號E、Qu、?保持穩(wěn)定，減少所述系統(tǒng)的偏差信號；
[0013]所述調(diào)制器模塊分別與PI控制器模塊與半球諧振陀螺連接，用于將穩(wěn)定的變化信號反饋到半球諧振陀螺中。
[0014]優(yōu)選地，所述半球諧振陀螺為壓電半球陀螺，所述壓電半球陀螺在給定的信號下被激振或被驅(qū)動，并產(chǎn)生檢測信號。
[0015]優(yōu)選地，所述半球諧振陀螺的角度變化的總和Θ的變化受到半球諧振陀螺本身的不對稱性以及剛度和阻尼不對稱性的影響，也受到正交誤差以及信號傳輸過程中時間延遲影響。
[0016]優(yōu)選地，所述PI控制器模塊具有比例和積分校正環(huán)節(jié)，保持Θ穩(wěn)定，減少偏差。
[0017]優(yōu)選地，所述O度電極軸與45度電極軸的輸出信號經(jīng)由兩個鎖相環(huán)后分別產(chǎn)生同向與正交參考信號。
[0018]優(yōu)選地，所述半球諧振陀螺中半球諧振子的控制幅度是由同相和正交參考信號調(diào)制，并應(yīng)用到半球諧振陀螺O度電極軸和45度電極軸。
[0019]本發(fā)明中，所述半球諧振陀螺的兩個電極軸，S卩O度電極軸和45度電極軸，輸出的參考信號經(jīng)過鎖相環(huán)實現(xiàn)參考信號的頻率對所述兩個電極軸信號頻率的自動跟蹤;所述輸出的參考信號包含振幅信號頻率與相位信號，經(jīng)過所述解調(diào)器模塊把將O度電極軸和45度電極軸產(chǎn)生的同向與正交參考信號分別解調(diào)出來;所述參數(shù)計算器模塊經(jīng)過邏輯運算對解調(diào)出來的信號進行分析與計算，從而得到半球諧振陀螺的總的角度Θ變化，得到的該變化信號經(jīng)過PI控制器模塊，所述PI控制器模塊經(jīng)過比例和積分控制環(huán)節(jié)，使所得到的變化信號保持穩(wěn)定;變化信號經(jīng)過所述調(diào)制器模塊反饋到半球諧振陀螺中。
[0020]本發(fā)明系統(tǒng)能夠較為精細準(zhǔn)確地得到半球諧振陀螺的總的角度變化情況，實現(xiàn)了對半球諧振陀螺總的旋轉(zhuǎn)角度的檢測，可隨時對輸出信號的頻率與相位進行自動跟蹤。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0022](I)本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)半球諧振陀螺全角度控制信號的檢測；
[0023](2)本發(fā)明與其他檢測陀螺角度的系統(tǒng)相比，少了一級時間積分，所以對全角度的檢測精度比較高，響應(yīng)速度比較快；
[0024](3)本發(fā)明中壓電半球諧振陀螺通過解調(diào)器解調(diào)出的信號通過參數(shù)控制器和PI控制器，最終又通過調(diào)制器反饋到壓電半球諧振陀螺上，構(gòu)成了一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)，并通過解調(diào)器解調(diào)出來的四路信號進行檢測與計算，對信號的響應(yīng)與反饋的能力比較強，對周圍環(huán)境的適應(yīng)能力比較強。
【附圖說明】
[0025]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0026]圖1為本發(fā)明一較優(yōu)實施例的系統(tǒng)框圖；
[0027]圖中:I為半球諧振陀螺，2為鎖相環(huán)，3為解調(diào)器模塊，4為參數(shù)計算器模塊，5為PI控制器模塊，6為調(diào)制器模塊。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0029]如圖1所示，一種壓電半球諧振陀螺儀的全角度控制信號檢測系統(tǒng)，包括:
[0030]一個半球諧振陀螺I;
[0031]兩個鎖相環(huán)2;