CN108469260A - Mems陀螺过零点抽取消除零偏方法、电路以及mems陀螺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MEMS陀螺过零点抽取消除零偏方法、电路以及MEMS陀螺，消除零偏方法步骤包括获取MEMS陀螺的振动信号进行过零检测，在零点时刻对MEMS陀螺输出的混合有正交信号的检测信号进行ADC变换采样后输出；电路包括过零检测电路和ADC采样变换电路，过零检测电路的输入端与MEMS陀螺的振动信号输出端相连，过零检测电路的输出端与ADC采样变换电路的控制端相连，ADC采样变换电路的输入端与MEMS陀螺的检测信号输出端相连；MEMS陀螺包括前述的MEMS陀螺过零点抽取消除零偏电路。本发明不仅省去了乘法解调电路，并且可以减少信号畸变引起的误差，具有检测精确高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS陀螺，具体涉及一种MEMS陀螺过零点抽取消除零偏方法、电路。
背景技术
MEMS陀螺即硅微机电陀螺，其的工作原理可参见图1：当一个物体m沿x方向运动且在z方向施加角旋转速率时，物体m将在y方向受到力，xyz三个方向互相垂直。物体m将在y方向受到的力就是哥氏力f，且有f=2mΩv，其中m是物体质量, Ω是绕z轴的角速度，v是水平方向运动速度。参见图2，现在公开的MEMS陀螺信号处理电路通常分2部分，一部分输出振动信号，另外一部分输出检测信号，根据MEMS陀螺的机械特性，振动信号与检测信号相位相差90°，因此需要将振动信号进行90°移相后与检测信号相乘解调出角速度信号，然后做ADC采样变换、滤波、补偿等处理得到最终输出的角速度数字信号。但是，现在公开的电路通过乘法器解调出陀螺角速度信号，对相位特别敏感。0.1°相位误差可能会相当引起1°每秒的零位误差（标度10mv度每秒为10mv）。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种MEMS陀螺过零点抽取消除零偏方法、电路以及MEMS陀螺，本发明不仅省去了乘法解调电路，并且可以减少信号畸变引起的误差，具有检测精确高的优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种MEMS陀螺过零点抽取消除零偏方法，其实施步骤包括：
1）获取MEMS陀螺的振动信号；
2）针对所述振动信号进行过零检测，在振动信号的零点时刻对MEMS陀螺输出的混合有振动信号的检测信号进行ADC变换采样后输出。
优选地，步骤1）中获取MEMS陀螺的振动信号的函数表达式如式（1）所示；步骤2）中MEMS陀螺输出的混合有振动信号的检测信号的函数表达式如式（2）所示；
s1=Asinωt （1）
s2=Bsinωt+Csin(ωt-π/2) （2）
式（1）和式（2）中，s1为振动信号，A为振动信号的幅值，ω为角频率，s2为MEMS陀螺输出的混合有振动信号的检测信号，B为耦合的驱动信号幅度，C为检测信号的幅度。
优选地，步骤2）中进行ADC变换采样后、输出之前还包括进行滤波的步骤。
优选地，步骤2）中进行ADC变换采样后、输出之前还包括进行补偿的步骤。
本发明提供一种MEMS陀螺过零点抽取消除零偏电路，包括过零检测电路和ADC采样变换电路，所述过零检测电路的输入端与MEMS陀螺的振动信号输出端相连，所述过零检测电路的输出端与ADC采样变换电路的控制端相连，所述ADC采样变换电路的输入端与MEMS陀螺的检测信号输出端相连。
优选地，所述ADC采样变换电路的输出端还连接有滤波电路。
优选地，所述ADC采样变换电路的输出端还连接有补偿电路。
本发明提供一种MEMS陀螺，包括带有驱动电路和检测电路的MEMS陀螺本体，所述驱动电路和检测电路的输出端连接有前述的MEMS陀螺过零点抽取消除零偏电路，所述驱动电路的输出端与过零检测电路的输入端相连，所述检测电路的输出端ADC采样变换电路的输入端相连。
本发明具有下述优点：针对传统MEMS陀螺信号处理电路对相位特别敏感的缺陷，本发明利用MEMS陀螺中驱动信号和检测信号相位相差90°特性以及驱动信号不变特性，驱动信号零点正好是角速度信号峰值点，在驱动信号零点时刻抽取检测信号幅度，不仅省去了乘法解调电路，并且可以减少信号畸变引起的误差，本发明电路与传统的乘法解调电路相比相同条件下0.1°相位误差只引起0.002°的零位误差（标度10mv度每秒为0.17mv），0.1°的相位误差造成的标度误差也小于0.2%，具有检测精确高的优点。
附图说明
图1为目前MEMS陀螺的工作原理示意图。
图2为现有的MEMS陀螺信号处理电路的框架结构示意图。
图3为本发明实施例电路的框架结构示意图。
具体实施方式
本实施例中MEMS陀螺过零点抽取消除零偏方法的实施步骤包括：
1）获取MEMS陀螺的振动信号；
2）针对所述振动信号进行过零检测，在振动信号的零点时刻对MEMS陀螺输出的混合有振动信号的检测信号进行ADC变换采样后输出。
本实施例中，步骤1）中获取MEMS陀螺的振动信号的函数表达式如式（1）所示；步骤2）中MEMS陀螺输出的混合有振动信号的检测信号的函数表达式如式（2）所示；
s1=Asinωt （1）
s2=Bsinωt+Csin(ωt-π/2) （2）
式（1）和式（2）中，s1为振动信号，A为振动信号的幅值，ω为角频率，s2为MEMS陀螺输出的混合有振动信号的检测信号，B为耦合的驱动信号幅度，C为检测信号的幅度。因为制造工艺限制，B耦合幅度做不到零，B会引起很大的零位误差和零位漂移，本发明在t=0精确采样，此刻正好是耦合信号的零点并且是有用角速度信号最大值点。参见式（1）和式（2）可知，振动信号s1的过零时刻s1=0，此时sinωt=0，并且ωt=0，这时混合有振动信号的检测信号s2=-C，因此可以利用MEMS陀螺中驱动信号和检测信号相位相差90°特性以及驱动信号不变特性，驱动信号零点正好是角速度信号峰值点，在驱动信号零点时刻抽取检测信号幅度，不仅省去了乘法解调电路，并且可以减少信号畸变引起的误差。 经试验证明，本实施例的方法与传统的乘法解调电路相比相同条件下0.1°相位误差只引起0.002°的零位误差（标度10mv度每秒为0.17mv），0.1°的相位误差造成的标度误差也小于0.2%，具有检测精确高的优点。
本实施例中，步骤2）中进行ADC变换采样后、输出之前还包括进行滤波的步骤。
本实施例中，步骤2）中进行ADC变换采样后、输出之前还包括进行补偿的步骤。
如图3所示，本实施例提供一种MEMS陀螺过零点抽取消除零偏电路，包括过零检测电路1和ADC采样变换电路2，过零检测电路1的输入端与MEMS陀螺的振动信号输出端相连，过零检测电路1的输出端与ADC采样变换电路2的控制端相连，ADC采样变换电路2的输入端与MEMS陀螺的检测信号输出端相连。
本实施例中，ADC采样变换电路2的输出端还连接有滤波电路3。
本实施例中，ADC采样变换电路2的输出端还连接有补偿电路4。
如图3所示，本实施例提供一种MEMS陀螺，包括带有驱动电路5和检测电路6的MEMS陀螺本体（包括振动质量块和驱动选择开关、检测选择开关），驱动电路5和检测电路6的输出端连接有前述的MEMS陀螺过零点抽取消除零偏电路，驱动电路5的输出端与过零检测电路1的输入端相连，检测电路6的输出端ADC采样变换电路2的输入端相连。驱动电路5和检测电路6均为现有常规电路，其并不在本实施例MEMS陀螺过零点抽取消除零偏电路的改进之列，故在此不再详述其结构组成，且驱动电路5和检测电路6的实现并不局限于图2和图3所示的特定结构。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种MEMS陀螺过零点抽取消除零偏方法，其特征在于实施步骤包括：
1）获取MEMS陀螺的振动信号；
2）针对所述振动信号进行过零检测，在振动信号的零点时刻对MEMS陀螺输出的混合有正交信号的检测信号进行ADC变换采样后输出。
2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺过零点抽取消除零偏方法，其特征在于，步骤1）中获取MEMS陀螺的振动信号的函数表达式如式（1）所示；步骤2）中MEMS陀螺输出的混合有正交信号的检测信号的函数表达式如式（2）所示；
s1=Asinωt （1）
s2=Bsinωt+Csin(ωt-π/2) （2）
式（1）和式（2）中，s1为振动信号，A为振动信号的幅值，ω为角频率，s2为MEMS陀螺输出的混合有振动正交信号的检测信号，B为耦合的振动信号幅度，C为检测信号的幅度。
3.根据权利要求1所述的MEMS陀螺过零点抽取消除零偏方法，其特征在于，步骤2）中进行ADC变换采样后、输出之前还包括进行滤波的步骤。
4.根据权利要求1所述的MEMS陀螺过零点抽取消除零偏方法，其特征在于，步骤2）中进行ADC变换采样后、输出之前还包括进行补偿的步骤。
5.一种MEMS陀螺过零点抽取消除零偏电路，其特征在于，包括过零检测电路（1）和ADC采样变换电路（2），所述过零检测电路（1）的输入端与MEMS陀螺的振动信号输出端相连，所述过零检测电路（1）的输出端与ADC采样变换电路（2）的控制端相连，所述ADC采样变换电路（2）的输入端与MEMS陀螺的检测信号输出端相连。
6.根据权利要求5所述的MEMS陀螺过零点抽取消除零偏电路，其特征在于，所述ADC采样变换电路（2）的输出端还连接有滤波电路（3）。
7.根据权利要求5所述的MEMS陀螺过零点抽取消除零偏电路，其特征在于，所述ADC采样变换电路（2）的输出端还连接有补偿电路（4）。
8.一种MEMS陀螺，包括带有驱动电路（5）和检测电路（6）的MEMS陀螺本体，其特征在于：所述驱动电路（5）和检测电路（6）的输出端连接有权利要求5～7中任意一项所述的MEMS陀螺过零点抽取消除零偏电路，所述驱动电路（5）的输出端与过零检测电路（1）的输入端相连，所述检测电路（6）的输出端ADC采样变换电路（2）的输入端相连。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1880915A (zh) * | 2005-06-14 | 2006-12-20 | 株式会社电装 | 静电驱动和电容检测型陀螺传感器 |
| CN102519617A (zh) * | 2012-01-09 | 2012-06-27 | 北京理工大学 | 一种石英微机械陀螺敏感器件温度信息的数字化检测方法 |
| CN102759365A (zh) * | 2012-07-12 | 2012-10-31 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 用于硅微机械陀螺的零偏稳定性提升方法及装置 |
| CN106482747A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-03-08 | 南京理工大学 | 一种高精度陀螺仪的零偏温度补偿方法 |
| US20170328735A1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-16 | Nxp Usa, Inc. | Quadrature Error Compensation Circuit for a MEMS Gyroscope |
| CN207095569U (zh) * | 2017-03-30 | 2018-03-13 | 北京时代民芯科技有限公司 | 振动结构陀螺仪的数字同步测控装置及系统 |
| CN207963897U (zh) * | 2018-04-02 | 2018-10-12 | 湖南天羿领航科技有限公司 | Mems陀螺过零点抽取消除零偏电路以及mems陀螺 |
-
2018
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1880915A (zh) * | 2005-06-14 | 2006-12-20 | 株式会社电装 | 静电驱动和电容检测型陀螺传感器 |
| CN102519617A (zh) * | 2012-01-09 | 2012-06-27 | 北京理工大学 | 一种石英微机械陀螺敏感器件温度信息的数字化检测方法 |
| CN102759365A (zh) * | 2012-07-12 | 2012-10-31 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 用于硅微机械陀螺的零偏稳定性提升方法及装置 |
| US20170328735A1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-16 | Nxp Usa, Inc. | Quadrature Error Compensation Circuit for a MEMS Gyroscope |
| CN106482747A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-03-08 | 南京理工大学 | 一种高精度陀螺仪的零偏温度补偿方法 |
| CN207095569U (zh) * | 2017-03-30 | 2018-03-13 | 北京时代民芯科技有限公司 | 振动结构陀螺仪的数字同步测控装置及系统 |
| CN207963897U (zh) * | 2018-04-02 | 2018-10-12 | 湖南天羿领航科技有限公司 | Mems陀螺过零点抽取消除零偏电路以及mems陀螺 |
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