CN113819898B - 一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法，属于微机械惯性器件技术领域。依托的陀螺装置包括石英音叉、驱动模块、检测模块、数字信号处理模块及正交力反馈闭环模块；数字信号处理模块与驱动模块、检测模块以及正交力反馈闭环模块相连。所述方法，包括1)驱动软件单元和驱动模块输出正弦驱动激励信号；2)检测模块开始进行信号检测，得到同相和正交分量；3)建立同相和正交信号PI闭环控制，分别生成同相和正交力反馈闭环信号，再经数模转换生成力反馈闭环信号；4)将力反馈信号加载到石英音叉检测端进行力反馈闭环控制，使得石英音叉检测端位移为零。所述方法实现了高灵敏度且抑制了噪声，有效改善了陀螺的零位漂移且电路易实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法，属于微机械惯性器件技术领域。
背景技术
陀螺是一种惯性敏感器件，用于测量物体相对于惯性空间的旋转角速度。微机械陀螺由于其体积小、重量轻、功耗低、成本低、易于批量生产等特点称为陀螺领域的重要发展方向并受到广泛关注。
石英音叉陀螺是微机械陀螺的一种典型代表，工作原理是石英晶体的压电/ 逆压电效应和柯氏效应，包括驱动和检测两对音叉，驱动音叉上设计制作有驱动电极，检测音叉上有检测电极。当频率为驱动音叉谐振频率的驱动激励信号加载到驱动音叉，由于逆压电效应，驱动叉指在交变的驱动电压信号下产生参考振动；当没有角速度输入的时候，检测音叉无敏感振动产生；当有输入角速度时，音叉将受到哥氏惯性力的作用，从而在垂直于角速度输入方向、参考振动方向的检测叉指上产生敏感振动，由于石英晶体的压电效应，检测电极上会出现与它成比例的电荷，该电荷经过放大并解调后得到一个正比于输入角速度的直流输出。
石英音叉陀螺的驱动音叉的谐振频率和检测音叉的谐振频率之差称为石英音叉陀螺的频差，频差越小，石英音叉陀螺的灵敏度越高，性能越好，但是对于检测音叉开环解调方案，频差就是石英音叉陀螺的带宽，因此，为了保证石英音叉陀螺具有一定的带宽，通常需要采用一定频差的陀螺。
现有技术有一种石英音叉陀螺的信号检测系统设计方案，主要包括：振动部(即角速度敏感元件)、检测电路、时序信号输出电路(解调信号生成电路)、驱动电路。在该方案中，振动监控信号来自振动部，该信号经过低通滤波器、比较器和第一移相器后产生用于同步检测的时序信号。即该部分电路生成解调信号。驱动电路包括第二移相器和振幅调整器，输出驱动信号。检测电路用于对微弱检测信号进行放大检测，电路主要包括同步检测器和滤波器。同步检测器需要来自同步信号输出电路生成的解调信号进行同步检测。
上述技术方案给出了石英音叉陀螺的工作原理和工程实现方案，在驱动部分，通过模拟AGC电路实现驱动幅值恒定；在检测部分，通过模拟电路进行解调得到角速度信息。由于采用模拟电路方案，对于机械耦合误差只能依赖于表芯的加工精度，因此不能够充分发挥出陀螺表芯的性能。现有方案虽然取得了良好的技术效果，但是，在引起石英音叉陀螺零位误差的正交耦合的抑制方面还存在很大改进空间。因此，本发明致力于解决上述技术的缺陷，提出一种正交力反馈闭环的石英音叉陀螺误差抑制方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有石英陀螺无法有效减小正交耦合从而使石英音叉陀螺产生零位误差的技术问题，提出了一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法。
为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：
所述石英陀螺误差抑制方法依托的石英陀螺装置，包括石英音叉、驱动模块、检测模块、数字信号处理模块以及正交力反馈闭环模块；
其中，石英音叉为微机械结构装置，其余部分为电路装置；石英音叉，简称音叉包括音叉驱动单元和音叉检测单元两部分，且音叉驱动单元又称为石英音叉驱动端，音叉检测单元又称为石英音叉检测端；音叉驱动单元上设置有驱动电极；音叉检测单元上设置有检测电极，其中，检测电极包括检测电极1和检测电极2；检测电极1用于提取角速度信号，检测电极2用于加载力反馈信号。
其中，驱动模块包括驱动放大器单元、驱动DAC单元以及驱动ADC单元；检测模块包括检测放大器单元、检测ADC单元；正交力反馈闭环模块包括力反馈DAC单元；数字信号处理模块包括数字处理器，内部有驱动软件单元、检测软件单元和力反馈软件单元；其中，驱动软件单元包括驱动正交解调单元、驱动PI闭环控制单元；检测软件单元包括检测正交解调单元；力反馈软件单元包括同相力反馈PI闭环控制单元和正交力反馈PI闭环控制单元；
所述石英陀螺装置中各部件的连接关系如下：
数字信号处理模块与驱动模块、检测模块以及正交力反馈闭环模块相连；驱动模块与石英音叉驱动端驱动电极相连；检测模块与石英音叉检测端检测电极1相连；正交力反馈闭环模块与石英音叉检测端检测电极2相连；
驱动模块中的驱动放大器单元对外连接石英音叉驱动端驱动电极，对内与驱动ADC单元连接，驱动ADC单元对外连接数字信号处理模块；驱动DAC单元与石英音叉驱动端驱动电极和数字信号处理模块相连；
检测模块中的检测放大器单元对外连接石英音叉检测端检测电极1，对内与检测ADC单元连接，检测ADC单元对外连接数字信号处理模块；
正交力反馈闭环模块中的力反馈DAC单元连接石英音叉检测端检测电极2 和数字信号处理模块；
所述石英陀螺装置中各部件的信号流程为：
数字信号处理模块的驱动软件单元，根据预先存储的码表产生频率约为石英音叉驱动端谐振频率的正弦信号，称为驱动激励信号；该激励信号通过驱动模块驱动DAC单元输出到石英音叉驱动端驱动电极，使得石英音叉驱动端在其谐振频率处产生振动；石英音叉驱动端的振动在驱动电极上产生驱动检测信号，驱动放大器单元对驱动检测信号进行电荷放大，并将放大后的信号输入驱动 ADC单元，驱动ADC单元将放大后的驱动信号进行模数转换后输入数字信号处理模块的驱动软件单元，驱动软件单元通过正交解调、驱动PI闭环控制以及数字滤波对驱动激励信号进行频率和幅度的控制，使驱动激励信号频率保持在石英音叉驱动端谐振频率处并且维持恒幅振动。
检测模块检测放大器放大石英音叉检测端检测电极1上的信号，称为检测信号，并将检测信号输入检测放大器，检测放大器完成信号模数转换后输入数字信号处理模块检测软件单元，检测软件单元对信号进行正交解调、检测PI闭环控制以及数字滤波过程，检测PI闭环控制包括同相信号PI闭环控制和正交信号PI闭环控制，可产生同相力反馈闭环信号和正交力反馈闭环信号，同相力反馈闭环信号和正交力反馈闭环信号统称力反馈闭环信号。
力反馈闭环信号输入到正交力反馈闭环模块中力反馈DAC单元，力反馈 DAC单元对信号进行数模转换，转换后的模拟信号加载到石英音叉检测端检测电极2，对石英音叉检测端进行力反馈闭环控制，使得石英音叉检测端位移为零，并且用同相力反馈闭环信号可用于表征角速度信号。
所述石英陀螺误差抑制方法，包括如下步骤：
步骤1：驱动软件单元和驱动模块输出正弦驱动激励信号，具体包括如下子步骤：
步骤1.1驱动软件单元根据石英音叉的谐振频率通过码表查询方式产生与谐振频率相同的正弦波并通过驱动DAC单元转换为模拟的正弦驱动激励信号，该信号加载到石英音叉驱动端驱动电极，使石英音叉驱动端起振并工作在谐振频率点处；
步骤1.2驱动软件单元通过驱动ADC单元采集石英音叉驱动端的反馈位移信号，构建闭环控制模型，通过驱动PI闭环控制，计算相位和幅度补偿系数，利用计算得到的相位和幅度补偿系数实时调节并输出正弦驱动激励信号；
步骤2：检测模块开始进行信号检测，得到检测信号的同相分量和正交分量，具体包括如下子步骤：
步骤2.1通过检测模块检测放大器单元放大石英音叉检测端检测电极1的微弱检测信号；
步骤2.2检测模块检测ADC单元将检测到的微弱检测信号进行放大后再进行模数转换后输入数字信号处理模块中；
步骤2.3检测软件单元在数字信号处理模块中，对模数转换后的信号进行放大和正交解调，得到检测信号的同相分量和正交分量；
步骤3：建立石英音叉检测端同相信号PI闭环控制和正交信号PI闭环控制，分别生成同相力反馈闭环信号和正交力反馈闭环信号，再经数模转换生成力反馈闭环信号，具体包括如下子步骤：
步骤3.1同相力反馈PI闭环控制单元根据石英音叉检测端的传递函数模型和检测信号的同相分量对同相信号进行PI闭环控制，得到与检测信号同相分量大小相同，正负相反的同相力反馈闭环信号；
步骤3.2正交力反馈PI闭环控制单元根据石英音叉检测端的传递函数模型和检测信号的正交分量对正交信号进行PI闭环控制，得到与检测信号正交分量大小相同，正负相反的正交力反馈闭环信号；
步骤3.3将同相力反馈闭环信号和正交力反馈闭环信号输入到正交力反馈闭环模块中的力反馈DAC单元进行数模转换，得到力反馈信号；
步骤4：将正交力反馈闭环模块中力反馈DAC单元输出的力反馈信号加载到石英音叉检测端检测电极2，对石英音叉检测端进行力反馈闭环控制，使得石英音叉检测端位移为零；
至此，经过步骤1到步骤4，完成了一种正交力反馈闭环的石英陀螺误差抑制方法。
有益效果
本发明所述的一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法，与现有的石英音叉陀螺误差抑制方法相比，具有以下有益效果：
1、所述方法中采用的石英音叉陀螺具有较高的灵敏度，且通过力反馈闭环的方法，拓展了陀螺的带宽，因此在满足带宽的条件下实现了高灵敏度，有效提高了石英音叉陀螺的噪声性能；
2、所述方法实现了石英音叉检测端的力反馈闭环，通过将同相和正交力反馈闭环信号加载到石英音叉检测电极2，抑制了机械耦合误差对陀螺零位漂移的影响，有效改善了陀螺的零位漂移；
3、所述方法采用全数字闭环的控制方案，闭环算法在数字信号处理模块中完成，能够消除模拟器件直流失调、漂移引起的陀螺误差，电路原理简单；
4、所述方法对对原有陀螺的电路改动较小，仅增加一路DAC芯片，结构无改动，工程实现简单。
附图说明
图1是本发明一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法依托的石英陀螺的系统原理框图；
图2是本发明一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法的石英音叉陀螺检测端的串联支路模型；
图3是本发明一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法的单位电压不同频率下R2L2C2支路和C02支路的电流图；
图4是本发明一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法的单位电压下R2L2C2支路和C02支路的在驱动端谐振点处附近的电流图；
图5是本发明一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法的石英音叉驱动频率PI闭环控制结构图；
图6是本发明一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法的石英音叉驱动幅度PI闭环控制结构图；
图7是本发明一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法的石英音叉检测正交分量PI闭环控制结构图；
图8是本发明一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法的石英音叉检测同相分量PI闭环控制结构图；
图9是本发明一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法依托系统中的正交力反馈闭环模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法做进一步说明和详细描述。
实施例1
本实施例详细阐述了本发明一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法在具体产品实施时的详细方法。依托的陀螺装置包括石英音叉、驱动模块、检测模块、数字信号处理模块及正交力反馈闭环模块；数字信号处理模块与驱动模块、检测模块以及正交力反馈闭环模块相连。所述方法，包括1)驱动软件单元和驱动模块输出正弦驱动激励信号；2)检测模块开始进行信号检测，得到同相和正交分量；3)建立同相和正交信号PI闭环控制，分别生成同相和正交力反馈闭环信号，再经数模转换生成力反馈闭环信号；4)将力反馈信号加载到石英音叉检测端进行力反馈闭环控制，使得石英音叉检测端位移为零。所述方法实现了高灵敏度且抑制了噪声，有效改善了陀螺的零位漂移且电路易实现。
本发明所述一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法，具体实施时，依托的石英陀螺的原理框图如图1所示。
图1中的数字处理器，具体实施时，采用STM32F405，驱动模块通过码表查询方式生成频率与石英音叉陀螺驱动端谐振频率相同的正弦驱动激励信号，石英音叉陀螺驱动端的谐振频率为9kHz，码表采用3600点的正弦码表，在STM32F405内部每4us进行一次转换，STM32F405通过DMA方式完成DAC转换，生成与石英音叉驱动端谐振频率相同的9kHz的驱动电压信号，电压信号幅值为5V；驱动激励信号通过驱动DAC单元的DAC芯片DAC80501加载到石英音叉驱动端，其中，DAC的位数为16位。驱动ADC单元的ADC芯片ADS8885 采集石英音叉陀螺驱动端的反馈信号，ADS8885芯片的位数是18位，采样率 400ksps。ADC转换时间为4us，ADC的采集时间需要与驱动DAC单元严格同步；ADS8885采集得到的石英音叉陀螺驱动端的反馈信号表示为：
Vqjin＝Ain*sin(Wd*t+p1)
其中，Vqjin为ADC采样信号，Ain为驱动幅值，Wd为驱动谐振频率，P1 是包括电路及音叉在内的总的相移或延时。STM32F405将输出的驱动激励信号，进行一定的相位补偿，产生同相和正交两路解调信号，分别为sin(Wd*t+P1')和 cos(Wd*t+P1')，用两路参考信号分别跟Vqjin相乘，并进行低通滤波，根据同相和正交两路解调参考信号，同相分量反映了驱动参考振动的幅值信息，正交分量/同相分量约为0；用正交分量/同相分量比值，作为频率调整的输入参数，通过PI算法，产生频率调节量，动态调整驱动频率，使其始终在谐振频率点振动。
检测模块进行角速度信号检测，通过检测端放大器OPA2320AIDRG放大检测端的微弱信号经过放大器放大后可以进入检测ADC，检测ADC的型号为ADS8885芯片将，与驱动ADC一致；检测ADC单元ADS8885芯片将信号经过数模转换并输入数字处理器STM32F405中；检测软件单元在数字处理器内进行正交解调，得到石英音叉陀螺检测信号的同相分量和正交分量；检测端ADC输入信号相对于驱动端的输出正弦信号也有相移P2，设表达式为:
Vjcin＝Bin*sin(Wd*t+P2)；Bin为角速度交流幅值。将输出的数字驱动信号，进行一定的相位补偿，产生同相和正交两路解调参考信号，分别为sin(Wd*t+P2') 和cos(Wd*t+P2')，用两路参考信号分别跟Vjcin相乘，并进行低通滤波，当P2'＝P2 时，则同相解调得到的同相分量幅值为Bin/2*cos(P2-P2')，正交解调得到正交分量幅值为Bin/2*sin(P2-P2')。当P2＝P2'时，同相分量达到最大值Bin/2，而正交分量达到最小；检测端DAC采用DAC80501，数字处理器内部检测力反馈闭环模块生成力反馈闭环信号，该信号包括同相分量和正交分量两部分，力反馈闭环信号通过检测DAC80501转换为模拟信号，该模拟信号连接到石英音叉陀螺检测端检测电极2，根据压电效应，可使石英音叉陀螺检测端产生与机械耦合产生的正交耦合振动和哥式效应产生的同相振动相反的位移，从而使石英音叉陀螺检测端的位移保持在0附近。
图2是本发明所述方法依托的石英陀螺检测端具体实施时的电路图。从图2 可以看出，检测端为串联支路模型，包括R2、L2和C2串联支路、静态电容C02 支路，其中R2L2C2支路代表了音叉的机械参数。在谐振频率点，L2的感抗和 C2的容抗大小相等，极性相反，两者串联起来的阻抗为0，串联支路的阻抗为 R2，支路为纯阻性。
图3和图4是本发明基于图2检测端电路的仿真结果。其中，图3是在单位电压不同频率下R2L2C2支路和C02支路的电流图，取石英音叉陀螺检测端的典型值：R2＝800k，谐振频率11.64k，Q值15000，C02值2pF，驱动信号频率点11.3kHz。在驱动信号频率点11.3kHz处，C02支路的电流是R2L2C2的75 倍，如果在该频率点加载力反馈信号，则力反馈信号通过C0支路产生的输出远大于通过R2L2C2产生的输出。
图4是单位电压下R2L2C2支路和C02支路的在驱动端谐振点处附近的电流图。要实现闭环力反馈，需要R2L2C2支路的电流大于C02支路电流。因此，要求驱动频率大于11.636kHz，与检测端的频差小于4Hz。采用陀螺，使得石英音叉陀螺的灵敏度得到了提高，有效提高了石英陀螺的噪声性能。
图3和图4表明本发明所述方法可应用于小频差石英陀螺，该小频差陀螺通过对石英音叉驱动端结构尺寸进行调整得到，具体为：修改音叉设计与检测端谐振频率小于4Hz的石英音叉驱动端结构。
图5和图6分别为石英音叉陀螺驱动端的闭环频率和幅度控制框图，对应于步骤1.2的具体实施，具体对应1.2中相位(图5)和幅度(图6)补偿系数的计算。
图5中基准相位设置为180度，表芯相频传递函数根据石英音叉驱动端特性通过实验测得，低通滤波器的传递函数根据滤波器设计参数得到，也可通过实验测得；通过PI控制器和环路增益调节，控制石英音叉驱动端工作在谐振频率处。步骤1.2中驱动软件单元通过驱动ADC单元采集石英音叉驱动端的反馈位移信号，构建闭环控制模型；其中，频率闭环控制模型包括表芯相频传递函数、低通滤波器传递函数、基准相位输入的相位加减器、PI控制器以及环路增益；幅度闭环控制模型包括表芯幅频传递函数、低通滤波器传递函数、基准相位输入的相位加减器、PI控制器以及环路增益。通过图6和图5的驱动PI闭环控制，分别计算相位和幅度补偿系数，利用计算得到的相位和幅度补偿系数对驱动激励信号进行实时调节。
图6所示为石英音叉陀螺驱动端的闭环幅度控制框图，石英音叉陀螺驱动端的幅度直接影响了石英音叉陀螺的性能，因此，不仅需要保证驱动端振动在谐振频率，还要保证其恒幅振动。与图5的不同点在于，基准变为了幅度值，即目标幅度值，表芯传递函数由相频传递函数变为幅频传递函数，该函数可根据石英音叉驱动端的特性通过实验方法获得。通过调节PI和环路增益系数，可以使石英音叉驱动端工作在恒幅振动模式。
图7和图8分别对应步骤3的具体实施，即建立石英音叉检测端同相信号 PI闭环控制(图8)和正交信号PI闭环控制(图7)，分别生成同相力反馈闭环信号和正交力反馈闭环信号，再经数模转换生成力反馈闭环信号。
图7所示为石英音叉陀螺检测端的正交分量PI闭环控制框图，这部分功能可生成力反馈闭环信号的正交分量。正交耦合输入信号为石英音叉陀螺驱动端到检测端的机械耦合信号，根据石英音叉陀螺表芯的相频传递函数和数字滤波器传递函数，设计PI闭环控制系统，通过调节PI和环路增益系数，得到与正交耦合信号相对应的力反馈闭环信号正交分量，该分量会通过检测DAC加载到石英音叉陀螺检测端检测电极2，通过石英晶体压电效应产生使石英音叉陀螺检测端产生与正交耦合相反的振动位移，从而使石英音叉陀螺检测端在正交方向的位移保持在零附近。
图8所示为石英音叉陀螺检测端的同相分量PI闭环控制框图，这部分功能可生成力反馈闭环信号的同相分量。角速度输入信号为石英音叉陀螺检测端通过哥式效应产生的与角速度成比例的信号，根据石英音叉陀螺表芯的相频传递函数和数字滤波器传递函数，设计PI闭环控制系统，通过调节PI和环路增益系数，得到与同相分量信号相对应的力反馈闭环信号同相分量，该分量会通过检测DAC加载到石英音叉陀螺检测端检测电极2，通过石英晶体压电效应产生使石英音叉陀螺检测端产生与同相相反的振动位移，从而使石英音叉陀螺检测端在同相方向的位移保持在零附近。
结合图7与图8两种力反馈闭环控制，使石英音叉陀螺检测端在正交和同相分量信号影响下的位移都为零，从而使石英音叉陀螺检测端一直保持在零位移附近；力反馈闭环信号同相分量与角速度分量有明确的对应关系，因此，通过力反馈闭环信号同相分量得到角速度的测量值，同时，避免了进行在频差处的信号滤波，因此，带宽不再受限于频差，使得石英音叉陀螺的带宽得到了拓展，能满足实际使用条件。
图9所示为石英音叉陀螺正交力反馈闭环模块电路图，包括DAC芯片 DAC80501，该芯片左侧为模拟部分，右侧为数字部分；由数字处理器通过力反馈闭环控制产生的力反馈闭环信号通过DAC80501右侧的SPI接口进入DAC80501， DAC80501将此数字信号转换为模拟信号，通过左侧的VOUT引脚输出，该模拟信号直接加载到石英音叉陀螺检测端检测电极2，至此，完成力反馈闭环控制功能。
将所述方法步骤3中生成的正交力反馈闭环信号加载到石英音叉陀螺的检测端，通过石英晶体的压电效应，使检测端产生与正交耦合和哥式运动相反的振动位移，使石英音叉陀螺检测端的位移始终维持在零附近。由于机械耦合误差正是由于石英音叉陀螺检测端的正交耦合运动引起，因此，由于检测端位移保持在零附近，则正交耦合误差信号不会通过检测放大器和检测ADC进入数字处理器，正交耦合误差信号得到了有效的抑制，通过对正交机械耦合误差的抑制可以提高陀螺的零位精度。
所述方法中，除放大器、ADC、DAC芯片外，所有功能都通过软件方法在数字信号处理器内部完成，因此，原先由模拟电路滤波器和模拟解调电路引起的直流失调、漂移引起的陀螺误差能有效消除，并且电路原理简单。
所述方法相比现有技术方案，增加了一个检测DAC芯片并且将DAC输出直接接入石英音叉陀螺检测端检测电极2，因此，电路改动简单。PI闭环控制通过软件编程实现，不需要增加新的硬件电路，因此，对原有陀螺的电路改动较小，结构无改动，实现简单可便于产品升级。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法，其特征在于：所述石英陀螺误差抑制方法依托的小频差石英陀螺装置，包括石英音叉、驱动模块、检测模块、数字信号处理模块以及正交力反馈闭环模块；
其中，石英音叉为微机械结构装置，其余部分为电路装置；石英音叉，简称音叉包括音叉驱动单元和音叉检测单元两部分，且音叉驱动单元又称为石英音叉驱动端，音叉检测单元又称为石英音叉检测端；音叉驱动单元上设置有驱动电极；音叉检测单元上设置有检测电极；
其中，检测电极包括检测电极1和检测电极2；检测电极1用于提取角速度信号，检测电极2用于加载力反馈信号；
其中，驱动模块包括驱动放大器单元、驱动DAC单元以及驱动ADC单元；检测模块包括检测放大器单元、检测ADC单元；正交力反馈闭环模块包括力反馈DAC单元；数字信号处理模块包括数字处理器，内部有驱动软件单元、检测软件单元和力反馈软件单元；
其中，驱动软件单元包括驱动正交解调单元、驱动PI闭环控制单元；检测软件单元包括检测正交解调单元；力反馈软件单元包括同相力反馈PI闭环控制单元和正交力反馈PI闭环控制单元；
所述石英陀螺装置中各部件的连接关系如下：
数字信号处理模块与驱动模块、检测模块以及正交力反馈闭环模块相连；驱动模块与石英音叉驱动端驱动电极相连；检测模块与石英音叉检测端检测电极1相连；正交力反馈闭环模块与石英音叉检测端检测电极2相连；
所述驱动模块通过码表查询方式生成频率与石英音叉陀螺驱动端谐振频率相同的正弦驱动激励信号；所述码表采用正弦码表，在数字处理器内部每进行一次转换，数字处理器通过DMA方式完成DAC转换，生成与石英音叉驱动端谐振频率相同的驱动电压信号；驱动激励信号通过驱动DAC单元加载到石英音叉驱动端；
所述驱动ADC单元采集石英音叉陀螺驱动端的反馈信号；
所述驱动ADC单元的采集时间与驱动DAC单元严格同步；
所述数字处理器将输出的驱动激励信号进行相位补偿，产生同相和正交两路解调信号；再分别跟石英音叉陀螺驱动端的反馈信号相乘并进行低通滤波；
用正交解调信号/同相解调信号比值，作为频率调整的输入参数，通过PI算法，产生频率调节量，动态调整驱动频率，使驱动频率始终在谐振频率点振动；
检测模块进行角速度信号检测，通过检测端放大器放大检测端的微弱信号经过放大器放大后进入检测ADC单元，检测ADC单元将与驱动ADC单元一致；检测ADC单元将信号经过数模转换并输入数字处理器中；检测软件单元在数字处理器内进行正交解调，得到石英音叉陀螺检测信号的同相分量和正交分量；检测端ADC单元输入信号相对于驱动端的输出正弦信号也有相移；
所述数字处理器将输出的检测端ADC单元输入信号进行相位补偿，产生同相和正交两路解调参考信号，再用此两路解调参考信号分别跟检测端ADC单元输入信号相乘并进行低通滤波；
数字处理器内部检测力反馈闭环模块生成力反馈闭环信号，该信号包括同相分量和正交分量两部分，
力反馈闭环信号通过力反馈DAC单元转换为模拟信号，该模拟信号连接到石英音叉陀螺检测端检测电极2，根据压电效应，使石英音叉陀螺检测端产生与机械耦合产生的正交耦合振动和哥式效应产生的同相振动相反的位移，从而使石英音叉陀螺检测端的位移保持在0附近；
所述石英陀螺误差抑制方法，包括如下步骤：
步骤1：驱动软件单元和驱动模块输出正弦驱动激励信号；
步骤2：检测模块开始进行信号检测，得到检测信号的同相分量和正交分量；
步骤3：建立石英音叉检测端同相信号PI闭环控制和正交信号PI闭环控制，分别生成同相力反馈闭环信号和正交力反馈闭环信号，再经数模转换生成力反馈闭环信号，具体包括如下子步骤：
步骤3.1同相力反馈PI闭环控制单元根据石英音叉检测端的传递函数模型和检测信号的同相分量对同相信号进行PI闭环控制，得到与检测信号同相分量大小相同，正负相反的同相力反馈闭环信号；
步骤3.2正交力反馈PI闭环控制单元根据石英音叉检测端的传递函数模型和检测信号的正交分量对正交信号进行PI闭环控制，得到与检测信号正交分量大小相同，正负相反的正交力反馈闭环信号；
步骤3.3将同相力反馈闭环信号和正交力反馈闭环信号输入到正交力反馈闭环模块中的力反馈DAC单元进行数模转换，得到力反馈信号；
步骤4：将正交力反馈闭环模块中力反馈DAC单元输出的力反馈信号加载到石英音叉检测端检测电极2，对石英音叉检测端进行力反馈闭环控制，使得石英音叉检测端位移为零；
依托的小频差石英陀螺装置的驱动模块中的驱动放大器单元对外连接石英音叉驱动端驱动电极，对内与驱动ADC单元连接，驱动ADC单元对外连接数字信号处理模块；驱动DAC单元与石英音叉驱动端驱动电极和数字信号处理模块相连；
依托的小频差石英陀螺装置的检测模块中的检测放大器单元对外连接石英音叉检测端检测电极1，对内与检测ADC单元连接，检测ADC单元对外连接数字信号处理模块。
2.根据权利要求1所述的一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法，其特征在于：依托的小频差石英陀螺装置的正交力反馈闭环模块中的力反馈DAC单元连接石英音叉检测端检测电极2和数字信号处理模块。
3.根据权利要求2所述的一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法，其特征在于：依托的石英陀螺装置中各部件的信号流程为：
数字信号处理模块的驱动软件单元，根据预先存储的码表产生频率约为石英音叉驱动端谐振频率的正弦信号，称为驱动激励信号；该激励信号通过驱动模块驱动DAC单元输出到石英音叉驱动端驱动电极，使得石英音叉驱动端在其谐振频率处产生振动；石英音叉驱动端的振动在驱动电极上产生驱动检测信号，驱动放大器单元对驱动检测信号进行电荷放大，并将放大后的信号输入驱动ADC单元，驱动ADC单元将放大后的驱动信号进行模数转换后输入数字信号处理模块的驱动软件单元，驱动软件单元通过正交解调、驱动PI闭环控制以及数字滤波对驱动激励信号进行频率和幅度的控制，使驱动激励信号频率保持在石英音叉驱动端谐振频率处并且维持恒幅振动；
检测模块检测放大器放大石英音叉检测端检测电极1上的信号，称为检测信号，并将检测信号输入检测放大器，检测放大器完成信号模数转换后输入数字信号处理模块检测软件单元，检测软件单元对信号进行正交解调、检测PI闭环控制以及数字滤波过程，检测PI闭环控制包括同相信号PI闭环控制和正交信号PI闭环控制，可产生同相力反馈闭环信号和正交力反馈闭环信号，同相力反馈闭环信号和正交力反馈闭环信号统称力反馈闭环信号；
力反馈闭环信号输入到正交力反馈闭环模块中力反馈DAC单元，力反馈DAC单元对信号进行数模转换，转换后的模拟信号加载到石英音叉检测端检测电极2，对石英音叉检测端进行力反馈闭环控制，使得石英音叉检测端位移为零，并且用同相力反馈闭环信号可用于表征角速度信号。
4.根据权利要求3所述的一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法，其特征在于：步骤1，具体包括如下子步骤：
步骤1.1驱动软件单元根据石英音叉的谐振频率通过码表查询方式产生与谐振频率相同的正弦波并通过驱动DAC单元转换为模拟的正弦驱动激励信号，该信号加载到石英音叉驱动端驱动电极，使石英音叉驱动端起振并工作在谐振频率点处；
步骤1.2驱动软件单元通过驱动ADC单元采集石英音叉驱动端的反馈位移信号，构建闭环控制模型，通过驱动PI闭环控制，计算相位和幅度补偿系数，利用计算得到的相位和幅度补偿系数实时调节并输出正弦驱动激励信号。
5.根据权利要求4所述的一种正交力反馈闭环的小频差石英陀螺误差抑制方法，其特征在于：步骤2，具体包括如下子步骤：
步骤2.1通过检测模块检测放大器单元放大石英音叉检测端检测电极1的微弱检测信号；
步骤2.2检测模块检测ADC单元将检测到的微弱检测信号进行放大后再进行模数转换后输入数字信号处理模块中；
步骤2.3检测软件单元在数字信号处理模块中，对模数转换后的信号进行放大和正交解调，得到检测信号的同相分量和正交分量。
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