CN114646308A - 角速度测量电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种角速度测量电路及方法，所述电路包括：驱动模块、检测信号放大模块、与所述检测信号放大模块和所述驱动模块电连接的ARM微控制器；所述ARM微控制器中包括：用于数字同步解调的同步解调模块和用于数字低通滤波的低通滤波模块。本发明通过ARM微控制器集成了用于数字同步解调的同步解调模块和用于数字低通滤波的低通滤波模块，对石英模拟陀螺的部分电路进行了数字化替代，解决了石英模拟陀螺存在的精度和准确度不高的缺陷，同时实现数字信号输出，可以直接使用，无需增加额外的转换电路。

Description

角速度测量电路及方法

技术领域

本发明涉及数字电子技术领域，尤其涉及一种角速度测量电路及 方法。

背景技术

角速度测量电路，比如常规石英陀螺电路，通常为模拟电路。

由于模拟电路自身的问题，在应用过程中存在一些缺点和不足； 比如由于敏感元件的加工误差和易受环境影响的特性，导致模拟信号 中有复杂的噪声信号，经过模拟电路进行解调和滤波后，输出产生异 常波动和漂移，影响角速度测量的精度，噪声还可能会淹没哥氏信号， 使角速度测量电路无法正常工作；且角速度测量模拟电路中，采用模 拟开关来实现开关解调电路，会因为导通电阻不够稳定，关断电阻过 小，造成电路增益出现波动，干扰输出信号，降低角速度测量精度； 且模拟电路中的机械耦合、电路、外部噪声和环境等因素的影响，驱 动信号和检测信号之间产生相位差，从而造成角速度输出误差；且模 拟滤波电路中的放大器自身具有直流漂移，造成角速度电压信号被叠 加直流误差，影响角速度测量精度。

因此，如何提出一种提高角速度测量精度和准确度的电路，成为 亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种角速度测量电路，用以解决现有技术中角速度测 量精度和准确度不高的缺陷，实现高精度和高准确度的角速度测量。

本发明提供一种角速度测量电路，包括：

驱动模块、检测信号放大模块、与所述检测信号放大模块和所述 驱动模块电连接的ARM微控制器；

所述ARM微控制器中包括：用于数字同步解调的同步解调模块 和用于数字低通滤波的低通滤波模块。

根据本发明提供的一种角速度测量电路，所述ARM微控制器中 还包括：

高频模数转换器ADC，用于对所述检测信号放大模块输出的检 测放大信号进行模数转换获得检测数字信号，并对所述驱动模块输出 的驱动信号进行模数转换获得驱动数字信号后，将所述检测数字信号 和所述驱动数字信号输出给所述同步解调模块。

根据本发明提供的一种角速度测量电路，所述ARM微控制器中 还包括：

带通滤波模块，用于接收所述ADC输出的所述检测数字信号和 所述驱动数字信号进行带通滤波后，输出给所述同步解调模块。

根据本发明提供的一种角速度测量电路，所述ARM微控制器中 还包括：

角速度补偿标定模块，用于对数字低通滤波后的数字信号进行角 速度补偿标定。

根据本发明提供的一种角速度测量电路，所述角速度补偿标定模 块存储有预先写入的标定补偿参数。

本发明还提供一种应用于第一方面所提供的角速度测量电路的 角速度测量方法，包括：

对检测信号放大模块输出的检测放大信号和驱动模块输出的驱 动信号进行数字同步解调，获得反映角速度的哥氏信号；

对所述哥氏信号进行数字低通滤波，获得角速度。

根据本发明提供的一种角速度测量方法，所述对检测信号放大模 块输出的检测放大信号和驱动模块输出的驱动信号进行数字同步解 调，获得反映角速度的哥氏信号，包括：

对所述检测放大信号进行模数转换获得检测数字信号；

对所述驱动信号进行模数转换获得驱动数字信号；

对所述检测数字信号和所述驱动数字信号进行同步解调，获得反 映角速度的哥氏信号。

根据本发明提供的一种角速度测量方法，所述对所述检测数字信 号和所述驱动数字信号进行同步解调，获得反映角速度的哥氏信号， 包括：

对所述检测数字信号和所述驱动数字信号进行带通滤波；

对滤波后的检测数字信号和驱动数字信号进行同步解调，获得反 映角速度的哥氏信号。

根据本发明提供的一种角速度测量方法，所述对所述哥氏信号进 行数字低通滤波，获得角速度包括：

对所述哥氏信号进行数字低通滤波，获得角速度电压值；

标定补偿所述角速度电压值，并转换为所述角速度。

根据本发明提供的一种角速度测量方法，标定补偿所述角速度电 压值之前，所述方法还包括：

写入标定补偿参数；所述标定补偿参数用于标定补偿所述角速度 电压值。

本发明提供的角速度测量电路及方法，通过ARM微控制器集成 了用于数字同步解调的同步解调模块和用于数字低通滤波的低通滤 波模块，对石英模拟陀螺的部分电路进行了数字化替代，解决了石英 模拟陀螺存在的精度和准确度不高的缺陷，同时实现数字信号输出， 可以直接使用，无需增加额外的转换电路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见 地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术 人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得 其他的附图。

图1是本发明实施例提供的角速度测量电路的结构示意图；

图2是本发明提供的驱动模块的电路结构示意图；

图3是本发明提供的检测信号放大模块的电路结构示意图；

图4是本发明提供的ARM微控制器的结构示意图；

图5是本发明提供的数模混合石英陀螺的原理示意图；

图6是本发明提供的电源模块的电路结构示意图；

图7是本发明提供的角速度测量方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

角速度测量电路，一般用于测量角速度，比较常见的有陀螺电路 等，本发明以常规石英陀螺电路为例进行介绍，但任何类似可以实现 角速度测量的电路均适用于本发明提出的角速度测量电路和方法，本 发明对此不做限定。

石英陀螺电路主要包括音叉驱动电路、信号检测电路、同步解调 电路、低通滤波和信号放大电路等部分。在常规技术方案中，这些电 路部分均由模拟电路组成。

音叉驱动常采用自激振荡的方式，利用石英陀螺自身的内部噪声 激发敏感电流，进而转换成驱动电压信号施加在音叉上，保证驱动电 压频率和音叉固有频率一致，使陀螺处在最佳的工作状态。同时为了 避免振荡过大，电路中加有自动增益控制(AutomaticGain Control， AGC)模块进行稳幅。

信号检测电路将音叉检测端的微弱信号进行放大、相移，为后续 的解调做准备。由于音叉输出信号十分微弱，检测电路的前置放大器 采用电荷放大器，并利用二级交流放大器提升信号增益。

同步解调电路是石英陀螺电路的重要组成部分，常设计成开关式 解调电路，将信号检测电路输出的双相检测信号输入给解调器的两路 通道，石英音叉的驱动信号作为参考信号输入给解调器进行开关控制。 经过解调，将高频谐振载波信号与反映角速度大小的哥氏信号相分离。

经解调电路处理后分离出的哥氏信号仍带有部分高频信号叠加， 利用低通滤波电路将高频载波信号和高频噪声滤除，保留信号中的直 流分量，并经直流放大后输出反映角速度大小和方向的电压信号。

常规石英陀螺电路为模拟电路，虽然在设计和工艺上历经多次发 展优化，但由于模拟电路自身的问题，在应用过程中存在一些缺点和 不足：

(1)由于敏感元件的加工误差和易受环境影响的特性，石英音 叉检测端信号除了包含零位和角速度信号，还常带有噪声信号。实际 噪声信号是多种特性信号的叠加组合，非常复杂。经开关解调和低通 滤波后，噪声的低频成分会造成石英陀螺输出产生异常波动和漂移， 影响陀螺的精度。

(2)在石英音叉陀螺中，检测端音叉的输出信号十分微弱，容 易受到电路分布参数和空间布线的影响而引入干扰。当信号输入到电 荷放大器时，为了保证陀螺分辨率达到0.01°/s，电荷放大器需要具 有pA级别的电流分辨能力。为保证设计要求，模拟电路对元器件的 选型、PCB布线和输入电路设计都提出了很高的要求，对电路的输入 电容、阻抗和电流噪声密度等指标都有着非常严格的要求。尤其是电 流噪声密度，直接决定电路输出噪声，若噪声过大，会淹没掉哥氏信 号，使陀螺无法正常工作。

(3)在石英陀螺模拟电路中，采用模拟开关来实现开关解调电 路，其中，模拟开关器件的导通和关断电阻可看作后续电路的输入电 阻。如果导通电阻不够稳定，关断电阻过小，会造成电路增益出现波 动，干扰输出信号，降低陀螺精度。利用模拟电路进行开关解调时， 由于前端注入电荷，解调后的信号会叠加直流误差，影响陀螺输出精 度。

(4)在常规陀螺电路中，由于机械耦合、电路、外部噪声和环 境等因素的影响，驱动信号和检测信号均会出现不同程度的相移，导 致二者之间产生相位差，无法通过开关式解调电路调整相位差，从而 造成陀螺输出误差。在常规石英陀螺模拟电路中，开关式解调电路无 法调整驱动参考信号和检测信号之间的相位差，使得音叉加工误差和 石英晶体各向异性等因素导致的机械耦合叠加到角速度电压信号上， 影响陀螺零位和精度。

(5)开关解调输出的哥氏信号混杂有高频信号，需进行低通滤 波，由于滤波电路放大器自身存在的直流漂移，造成最终输出的角速 度电压信号叠加有直流误差，影响陀螺输出精度。

(6)石英模拟陀螺输出的是角速度电压信号，用户不能直接使 用，通常还需通过外接AD转换电路将电压信号转换为数字信号，并 对原始角速度进行补偿、标定后才能使用，给用户使用带来不便。

为了克服以上缺陷，本发明提出了一种角速度测量电路及方法， 以下对本发明提出的角速度测量电路及方法进行介绍。

图1是本发明实施例提供的角速度测量电路的结构示意图，如图 1所示，角速度测量电路包括：

驱动模块、检测信号放大模块、与所述检测信号放大模块和所述 驱动模块电连接的ARM微控制器；

所述ARM微控制器中包括：用于数字同步解调的同步解调模块 和用于数字低通滤波的低通滤波模块。

具体地，本发明中的角速度测量电路包括驱动模块、检测信号放 大模块、同步解调模块以及低通滤波模块；

其中，同步解调模块以及低通滤波模块集成在ARM微控制器中， 通过数字电路实现；

其中，同步解调模块可以同时接收检测信号放大模块输出的检测 信号和驱动模块输出的驱动信号，并进行数字同步解调后，输出给低 通滤波模块以进行数字低通滤波。

本发明的角速度测量电路主要是为了改善现有的角速度测量电 路在信号解调及后续模块中存在的缺陷，因此其前端的音叉驱动模块 和检测信号放大模块可以直接继承自常规的石英模拟陀螺，而将同步 解调模块和后级的低通滤波模块用数字化方案来替代。

图2是本发明提供的驱动模块的电路结构示意图，如图2所示， QD为驱动电路施加给音叉的驱动信号，QJ为驱动电路采集到的音叉 驱动叉指输出的信号，经放大器放大后得QJOut，QJOut输入给比较 器N6构成驱动端闭环，保证QD驱动信号频率跟随音叉驱动端谐振频率变化。

图3是本发明提供的检测信号放大模块的电路结构示意图，如图 3所示，JC为音叉检测叉指的输出信号，该信号十分微弱，需输入给 由N2A组成的电荷放大器进行放大，其中R16主要用于放电，防止 电荷饱和；放大后的信号经N2B进行低通滤波，然后由C13隔断直流分量，最后经N9进行交流放大，输出信号SensIn。

图4是本发明提供的ARM微控制器的结构示意图，如图4所示， 本发明可以采用ARM微控制器选用ST公司的STM32L431KBU6。STM32L431KBU6属于Cortex-M4系列，具有一个12位的ADC模数 转换单元，包含16个通道，全分辨率下的最大转换速率可达5.33Msps。 此外，STM32L431KBU6还具有浮点数计算单元，运行速度快(80MHz 主频)，集成度高，供电简单(单3.3V供电)。

可以理解的是，只要是可以实现集成同步解调模块和低通滤波模 块，并实现相应功能的芯片，均适用于本发明，本发明对此不做限制。

具体地，驱动模块输出驱动信号，检测信号放大模块输出检测信 号，ARM微控制器中的同步解调模块接收到驱动信号和检测信号后， 对信号进行同步解调分离出反映角速度的哥氏信号，然后通过低通滤 波模块滤除残余高频成分得到角速度。

可选地，驱动模块和检测信号放大模块与ARM微控制器电连接。

可选地，同步解调模块可以接收驱动模块和检测信号放大模块的 并行的输出信号，作为同步解调模块的输入进行解调；

可选地，低通滤波模块接收同步解调模块解调后的信号，作为低 通滤波模块的输入进行低通滤波。

本发明中的角速度测量电路通过对现有的石英模拟陀螺电路各 模块的继承和替换，较好地解决了现有的石英模拟陀螺存在的缺陷， 改善了陀螺固有零位，提高了陀螺精度，同时方便用户直接使用。

本发明提供的角速度测量电路及方法，通过ARM微控制器集成 了用于数字同步解调的同步解调模块和用于数字低通滤波的低通滤 波模块，对石英模拟陀螺的部分电路进行了数字化替代，解决了石英 模拟陀螺存在的精度和准确度不高的缺陷，同时实现数字信号输出， 可以直接使用，无需增加额外的转换电路。

可选地，基于上述任一实施例，所述ARM微控制器中还包括：

高频模数转换器ADC，用于对所述检测信号放大模块输出的检 测放大信号进行模数转换获得检测数字信号，并对所述驱动模块输出 的驱动信号进行模数转换获得驱动数字信号后，将所述检测数字信号 和所述驱动数字信号输出给所述同步解调模块。

具体地，ARM微控制器中还包括高频模数转换器ADC，驱动电 路和检测电路的输出信号QJOut和SensIn分别输入给 STM32L431KBU6的两路高频ADC通道进行模数转换，获得的检测 数字信号和驱动数字信号输入同步解调模块，对检测数字信号和驱动 数字信号进行数字同步解调分离出反映角速度的哥氏信号，然后通过 低通滤波模块滤除残余高频成分，得到角速度。

可选地，ADC的输入端与驱动模块和检测信号放大模块的输出端 连接，ADC可以接收驱动模块和检测信号放大模块的并行的输出信号， 作为ADC的输入进行模数转换。

本发明用数字化方案替代石英模拟陀螺的开关解调电路，利用 ARM微控制器的两路高频ADC分别采集驱动端信号和检测端放大信 号，通过精细调整两路信号之间的采样延时来调节二者的相位差，消 除机械耦合对陀螺零位输出的影响。

已知由于石英音叉的加工误差和石英晶体本身的各向异性，陀螺 驱动端信号的检测信号之间会产生相位差，在石英模拟陀螺中，模拟 解调电路无法修正该相位差，导致陀螺输出的角速度信号存在零位误 差，影响陀螺精度。在本发明中，采用数字化方案，可以利用ARM 微控制器的两路高频ADC通道同步采集音叉驱动端信号和检测端放 大后信号，对采集的信号进行数字解调，两路信号之间的采样延时可 以精细调整，以调节驱动端信号和检测端信号之间的相位差，抑制机 械耦合产生的陀螺零位输出，提高陀螺精度。

具体地，本发明可以利用ARM微控制器的两路高频ADC来采集 驱动信号和检测端信号并进行模数转换，然后对转换后的数字信号进 行解调以提取出哥氏信号，再对哥氏信号进行数字低通滤波。

可选地，基于上述任一实施例，所述ARM微控制器中还包括：

带通滤波模块，用于接收所述ADC输出的所述检测数字信号和 所述驱动数字信号进行带通滤波后，输出给所述同步解调模块。

具体地，ARM微控制器中还包括带通滤波模块，ADC输出的检 测数字信号和驱动数字信号可以通过带通滤波模块进行带通滤波后， 输出给所述同步解调模块，ARM微控制器的两路高频ADC通道同步 采集音叉驱动端信号和检测端放大后信号，获得检测数字信号和驱动 数字信号之后，可以将检测数字信号和驱动数字信号输入带通滤波模 块进行数字带通滤波后，再输入同步解调模块进行数字同步解调。

可选地，带通滤波模块可以接收ADC输出的数字信号进行带通 滤波。

具体地，检测信号经电荷放大器和交流放大器传输给解调模块时 同时注入了电荷，在石英模拟陀螺中，这部分电荷会直接造成直流误 差，影响陀螺的零位输出。本发明中，可以在ARM微控制器完成信 号采集和模数转换后，对驱动和检测信号进行数字带通滤波，滤波后 的信号再用于数字解调，以此完全消除模拟解调时由于器件的直流输 出而产生的零位误差。

可选地，基于上述任一实施例，所述ARM微控制器中还包括：

角速度补偿标定模块，用于对数字低通滤波后的数字信号进行角 速度补偿标定。

具体地，ARM微控制器中还包括角速度补偿标定模块，接收经 低通滤波滤除残余高频成分得到的角速度电压值，通过角速度补偿标 定模块运行标定补偿算法输出经温度补偿后的角速度值。

可选地，角速度补偿标定模块可以接收低通滤波模块输出的信号 进行角速度补偿标定。

具体地，经低通滤波后输出的信号为角速度电压信号，在石英模 拟陀螺中，直接将该电压信号作为最终的输出信号供用户使用，用户 还需通过外接AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，并进行补偿、 标定后才能使用，较为不便。在本实施例中，ARM微控制器可以通 过角速度补偿标定模块直接运行标定补偿算法程序，将电压值转换为 角速度值并进行温度补偿后供用户使用，使用较为便捷。

可选地，基于上述任一实施例，所述角速度补偿标定模块存储有 预先写入的标定补偿参数。

具体地，角速度补偿标定模块存储有预先写入的标定补偿参数， ARM微控制器可直接运行角速度补偿标定模块中的标定补偿算法， 利用预先写入Flash并存储的标定补偿参数将角速度电压信号转换为 可直接使用的角速度值。

以数模混合石英陀螺为例，图5是本发明提供的数模混合石英陀 螺的原理示意图，如图5所示，主要包括音叉、驱动模块、检测放大 模块、ARM微控制器和电源模块。图6是本发明提供的电源模块的 电路结构示意图，如图6所示，其中N4为线性稳压器，将+12V转为+3.3V；+3.3V经分压得1.65_D和1.65_S，分别作为驱动电路和检 测电路的参考。

其中，音叉包块驱动叉指和检测叉指；驱动模块包括驱动振荡器 和幅度控制器；检测放大模块包括电荷放大器和交流放大器；ARM 微控制器模块包括带通滤波、同步解调、低通滤波和标定补偿等功能。

本发明中的石英陀螺电路采用数模混合方案，在模块组成上和石 英模拟陀螺基本一致，主要包括音叉驱动模块、检测信号放大模块、 同步解调模块和低通滤波模块。除此之外，数模混合石英陀螺还包含 角速度补偿标定模块，经标定补偿后的角速度信息可直接供用户使用。

驱动模块和检测放大模块的输出信号QJOut和SensIn分别输入 给STM32L431KBU6的两路高频ADC通道进行模数转换，转换后的 两路信号经带通滤波后进行同步解调分离出反映角速度的哥氏信号， 然后经低通滤波滤除残余高频成分得到角速度电压值，最后运行标定 补偿算法输出经温度补偿后的角速度值。

选取编号为#1、#2和#3的三支数模混合石英陀螺固定在工装上， 将工装固定在转台里进行静态测试。测试在室温下进行，陀螺上电工 作30min，断电30min，共进行八遍。根据测试数据计算得到，陀螺 #1的零偏为-0.037°/s，零偏稳定性为4.095°/h，零偏重复性为5.646° /h；陀螺#2的零偏为0.018°/s，零偏稳定性为2.606°/h，零偏重复 性为5.994°/h；陀螺#3的零偏为0.019°/s，零偏稳定性为4.957°/h， 零偏重复性为1.890°/h。本发明的数模混合石英陀螺性可以克服现 有技术的缺陷，达到预期效果。

本发明提供的角速度测量电路及方法，通过ARM微控制器集成 了用于数字同步解调的同步解调模块和用于数字低通滤波的低通滤 波模块，对石英模拟陀螺的部分电路进行了数字化替代，解决了石英 模拟陀螺存在的精度和准确度不高的缺陷，同时实现数字信号输出， 可以直接使用，无需增加额外的转换电路。

下面对本发明提供的角速度测量方法进行描述，下文描述的角速 度测量方法与上文描述的角速度测量电路可相互对应参照。

图7是本发明提供的角速度测量方法的流程示意图，所述方法包 括以下步骤：

步骤700，对检测信号放大模块输出的检测放大信号和驱动模块 输出的驱动信号进行数字同步解调，获得反映角速度的哥氏信号；

步骤710，对所述哥氏信号进行数字低通滤波，获得角速度。

具体地，可以首先通过同步解调模块对检测信号放大模块输出的 检测放大信号和驱动模块输出的驱动信号进行数字同步解调，获得反 映角速度的哥氏信号；经解调后的角速度信号仍会叠加有部分残余高 频信号，可以利用低通滤波将高频载波信号和高频噪声滤除，保留直 流分量，因此在获得哥氏信号后，随后可以对哥氏信号进行数字低通 滤波，获得角速度。

现有的角速度测量方法是直接利用低通滤波模拟电路进行滤波， 虽能实现滤波功能，但滤波电路放大器自身存在的直流漂移会造成输 出的角速度电压信号叠加直流误差，影响陀螺输出精度。在本发明中， 通过数字低通滤波，既能滤掉信号中残余的高频成分，也能避免引入 新的误差，提高了陀螺输出的可靠性。

需要说明的是，本发明所提出的角速度测量方法可以应用在前述 的角速度测量电路中。

本发明提供的角速度测量电路及方法，通过ARM微控制器集成 了用于数字同步解调的同步解调模块和用于数字低通滤波的低通滤 波模块，对石英模拟陀螺的部分电路进行了数字化替代，解决了石英 模拟陀螺存在的精度和准确度不高的缺陷，同时实现数字信号输出， 可以直接使用，无需增加额外的转换电路。

可选地，基于上述任一实施例，

所述对检测信号放大模块输出的检测放大信号和驱动模块输出 的驱动信号进行数字同步解调，获得反映角速度的哥氏信号，包括：

对所述检测放大信号进行模数转换获得检测数字信号；

对所述驱动信号进行模数转换获得驱动数字信号；

对所述检测数字信号和所述驱动数字信号进行同步解调，获得反 映角速度的哥氏信号。

具体地，为了获得数字化的反映角速度的哥氏信号，可以将驱动 电路和检测电路的输出信号QJOut和SensIn分别输入给 STM32L431KBU6的两路高频ADC通道进行模数转换，对获得的数 字信号进行数字同步解调分离出反映角速度的哥氏信号，然后通过数 字低通滤波滤除残余高频成分，得到角速度。

由于石英音叉的加工误差和石英晶体本身的各向异性，陀螺驱动 端信号的检测信号之间会产生相位差，在石英模拟陀螺中，模拟解调 电路无法修正该相位差，导致陀螺输出的角速度信号存在零位误差， 影响陀螺精度。在本发明中，采用数字化方案，可以利用ARM微控 制器的两路高频ADC通道同步采集音叉驱动端信号和检测端放大后 信号，对采集的信号进行数字解调，两路信号之间的采样延时可以精 细调整，以调节驱动端信号和检测端信号之间的相位差，抑制机械耦 合产生的陀螺零位输出，提高陀螺精度。

可选地，基于上述任一实施例，所述对所述检测数字信号和所述 驱动数字信号进行同步解调，获得反映角速度的哥氏信号，包括：

对所述检测数字信号和所述驱动数字信号进行带通滤波；

对滤波后的检测数字信号和驱动数字信号进行同步解调，获得反 映角速度的哥氏信号。

具体地，为了减小误差，在获得数字信号之后，可以将数字信号 进行数字带通滤波，再输入同步解调模块进行数字同步解调。

具体地，检测信号经电荷放大器和交流放大器传输给解调模块时 同时注入了电荷，在石英模拟陀螺中，这部分电荷会直接造成直流误 差，影响陀螺的零位输出。本发明中，可以在ARM微控制器完成信 号采集和模数转换后，对驱动和检测信号进行数字带通滤波，滤波后 的信号再用于数字解调，以此完全消除模拟解调时由于器件的直流输 出而产生的零位误差。

可选地，基于上述任一实施例，所述对所述哥氏信号进行数字低 通滤波，获得角速度包括：

对所述哥氏信号进行数字低通滤波，获得角速度电压值；

标定补偿所述角速度电压值，并转换为所述角速度。

具体地，在获得经低通滤波滤除残余高频成分得到角速度电压值 后，可以经过角速度补偿标定模块运行标定补偿算法输出经温度补偿 后的角速度值。

具体地，经低通滤波后输出的信号为角速度电压信号，在石英模 拟陀螺中，直接将该电压信号作为最终的输出信号供用户使用，用户 还需通过外接AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，并进行补偿、 标定后才能使用，较为不便。在本实施例中，ARM微控制器可以通 过角速度补偿标定模块直接运行标定补偿算法程序，将电压值转换为 角速度值并进行温度补偿后供用户使用，使用较为便捷。

可选地，基于上述任一实施例，标定补偿所述角速度电压值之前， 所述方法还包括：

写入标定补偿参数；所述标定补偿参数用于标定补偿所述角速度 电压值。

具体地，可以预先写入标定补偿参数，随后基于标定补偿参数将 角速度电压信号转换为可直接使用的角速度值。

本发明提供的角速度测量电路及方法，通过ARM微控制器集成 了用于数字同步解调的同步解调模块和用于数字低通滤波的低通滤 波模块，对石英模拟陀螺的部分电路进行了数字化替代，解决了石英 模拟陀螺存在的精度和准确度不高的缺陷，同时实现数字信号输出， 可以直接使用，无需增加额外的转换电路。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而 非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领 域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修 改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方 案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种角速度测量电路，其特征在于，包括：

驱动模块、检测信号放大模块、与所述检测信号放大模块和所述驱动模块电连接的ARM微控制器；

所述ARM微控制器中包括：用于数字同步解调的同步解调模块和用于数字低通滤波的低通滤波模块。

2.根据权利要求1所述的角速度测量电路，其特征在于，所述ARM微控制器中还包括：

高频模数转换器ADC，用于对所述检测信号放大模块输出的检测放大信号进行模数转换获得检测数字信号，并对所述驱动模块输出的驱动信号进行模数转换获得驱动数字信号后，将所述检测数字信号和所述驱动数字信号输出给所述同步解调模块。

3.根据权利要求2所述的角速度测量电路，其特征在于，所述ARM微控制器中还包括：

带通滤波模块，用于接收所述ADC输出的所述检测数字信号和所述驱动数字信号进行带通滤波后，输出给所述同步解调模块。

4.根据权利要求1所述的角速度测量电路，其特征在于，所述ARM微控制器中还包括：

角速度补偿标定模块，用于对数字低通滤波后的数字信号进行角速度补偿标定。

5.根据权利要求4所述的角速度测量电路，其特征在于，所述角速度补偿标定模块存储有预先写入的标定补偿参数。

6.一种应用于权利要求1至5任一项所述的角速度测量电路的角速度测量方法，其特征在于，包括：

对检测信号放大模块输出的检测放大信号和驱动模块输出的驱动信号进行数字同步解调，获得反映角速度的哥氏信号；

对所述哥氏信号进行数字低通滤波，获得角速度。

7.根据权利要求6所述的角速度测量方法，其特征在于，所述对检测信号放大模块输出的检测放大信号和驱动模块输出的驱动信号进行数字同步解调，获得反映角速度的哥氏信号，包括：

对所述检测放大信号进行模数转换获得检测数字信号；

对所述驱动信号进行模数转换获得驱动数字信号；

对所述检测数字信号和所述驱动数字信号进行同步解调，获得反映角速度的哥氏信号。

8.根据权利要求7所述的角速度测量方法，其特征在于，所述对所述检测数字信号和所述驱动数字信号进行同步解调，获得反映角速度的哥氏信号，包括：

对所述检测数字信号和所述驱动数字信号进行带通滤波；

对滤波后的检测数字信号和驱动数字信号进行同步解调，获得反映角速度的哥氏信号。

9.根据权利要求6所述的角速度测量方法，其特征在于，所述对所述哥氏信号进行数字低通滤波，获得角速度包括：

对所述哥氏信号进行数字低通滤波，获得角速度电压值；

标定补偿所述角速度电压值，并转换为所述角速度。

10.根据权利要求9所述的角速度测量方法，其特征在于，标定补偿所述角速度电压值之前，所述方法还包括：

写入标定补偿参数；所述标定补偿参数用于标定补偿所述角速度电压值。

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