CN115597574B - 微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置、方法、设备和介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置、方法、设备和介质，装置包括：输入模块、第一锁相环模块、第二锁相环模块、第一自动增益控制模块、第二自动增益控制模块和微机械陀螺仪；输入模块输出基准信号；微机械陀螺仪输出驱动轴位移信号和检测轴位移信号；第一锁相环模块输出第一频率控制信号给第一修调电极，使驱动模态固有频率锁定至基准频率；第二锁相环模块输出第二频率控制信号给第二修调电极，使检测模态固有频率锁定至基准频率；第一自动增益控制模块使驱动轴位移信号振动幅值锁定至第一参考幅值；第二自动增益控制模块使检测轴位移信号振动幅值锁定至第二参考幅值。本装置能实现微机械陀螺仪的实时自动模态匹配且能抑制输出漂移。

Description

微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置、方法、设备和介质

技术领域

本申请涉及微机械陀螺仪技术领域，特别是涉及微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置、方法、设备和介质。

背景技术

陀螺仪是测量载体相对惯性空间角运动的传感器，在航空航天、智能机器人、制导弹药等高端工业装备和精确打击武器中具有非常重要的应用价值。基于微机电系统技术的MEMS陀螺仪具有体积小、功耗低、寿命长、可批量生产、价格便宜等特点，在卫星导航抗干扰抗欺骗、室内导航、微小型水下无人平台、单兵定位、地下随钻定向系统等新兴领域具有广阔的应用前景。

振动陀螺仪作为一种振动式器件，其固有频率的稳定性直接影响着陀螺仪的精度。但是陀螺仪的固有频率会受到各种环境因素的影响。传统的驱动方法是通过使驱动频率跟踪陀螺固有频率进行跟踪来实现驱动模态的谐振，这种方式会面临很多问题，以小型导弹作为假定应用对象，应用传统的驱动方法，陀螺长期储存后陀螺零位会出现偏置；受到冲击时，陀螺仪输出会剧烈抖动；在冲击扰动与振动环境下，陀螺仪的零偏会出现漂移，并且产生较大的噪声。

陀螺仪模态频率的失配会对陀螺仪的性能造成不利影响，现有技术中，陀螺仪的模态匹配主要有以下两种方法：机械修调和静电修调。其中，静电修调可以进一步分为开环修调与闭环修调。

机械修调通过微加工工艺等技术改变陀螺质量或材料特性，从而影响陀螺的固有频率，达到频率修调的目的。但是修调方法较为复杂，修调精度有限，且不适用于圆片级封装的MEMS陀螺仪；相较之下，静电修调方法由于原理简单、操作方便，在模态匹配修调中应用更为广泛。

静电修调，是利用静电负刚度效应来改变刚度分布，来消除两个模态间的频差使得检测模态的固有频率实时地和驱动模态保持一致来实现谐振结构的模态匹配。

开环的修调方式受环境因素限制较为严重，温度变化可能直接导致模态失配，导致陀螺输出信噪比变差。闭环修调，可以解决环境变化对模态匹配的影响，但现有模态匹配技术没有解决频率的漂移问题，导致陀螺输出的零偏和标度因数不稳定。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置和方法，能够实现微机械陀螺仪的实时自动模态匹配，且能够抑制陀螺仪输出的漂移。

微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置，包括：输入模块、第一锁相环模块、第二锁相环模块、第一自动增益控制模块、第二自动增益控制模块以及微机械陀螺仪；所述微机械陀螺仪在工作时具有驱动模态和检测模态，并实时输出驱动轴位移信号和检测轴位移信号；

所述输入模块将基准信号输入给所述第一锁相环模块、所述第二锁相环模块、所述第一自动增益控制模块以及所述第二自动增益控制模块；

所述第一锁相环模块实时接收所述基准信号和所述驱动轴位移信号，并输出第一频率控制信号给驱动模态的第一修调电极，使驱动模态的固有频率锁定至基准频率；

所述第二锁相环模块实时接收所述基准信号和所述检测轴位移信号，并输出第二频率控制信号给检测模态的第二修调电极，使检测模态的固有频率锁定至基准频率；

所述第一自动增益控制模块实时接收所述基准信号、所述驱动轴位移信号和第一参考幅值，并输出第一幅值控制信号给驱动模态的第一驱动电极，使驱动轴位移信号的振动幅值锁定至第一参考幅值；

所述第二自动增益控制模块实时接收所述基准信号、所述检测轴位移信号和第二参考幅值，并输出第二幅值控制信号给检测模态的第二驱动电极，使检测轴位移信号的振动幅值锁定至第二参考幅值；

所述微机械陀螺仪接收所述第一频率控制信号、所述第二频率控制信号、所述第一幅值控制信号和所述第二幅值控制信号，并谐振工作。

在其中一个实施例中，所述第一参考幅值与所述第二参考幅值相差一个量级。

在其中一个实施例中，所述第一锁相环模块包括：第一鉴相器、第一滤波器和第一控制器；

所述第一鉴相器实时接收所述基准信号和所述驱动轴位移信号，进行鉴相，并输出所述基准信号和所述驱动轴位移信号的相位差信息以及二倍频信号给所述第一滤波器；所述第一滤波器接收所述相位差信息以及所述二倍频信号，进行滤波，并输出第一相位差给所述第一控制器；所述第一控制器接收所述第一相位差和第一参考相位，进行比较，并输出所述第一频率控制信号给所述第一修调电极；

所述第二锁相环模块包括：第二鉴相器、第二滤波器和第二控制器；

所述第二鉴相器实时接收所述基准信号和所述检测轴位移信号，进行鉴相，并输出所述基准信号的相位信息和所述检测轴位移信号的相位信息给所述第二滤波器；所述第二滤波器接收所述基准信号的相位信息和所述检测轴位移信号的相位信息，进行滤波，并输出第二相位差给所述第二控制器；所述第二控制器接收所述第二相位差和第二参考相位，进行比较，并输出所述第二频率控制信号给所述第二修调电极。

在其中一个实施例中，所述第一修调电极根据所述第一频率控制信号，将所述第一相位差锁定至所述第一参考相位；

所述第二修调电极根据所述第二频率控制信号，将所述第二相位差锁定至所述第二参考相位。

在其中一个实施例中，所述输入模块包括：高精度时钟源；

所述高精度时钟源，产生高精度时钟信号，对所述高精度时钟信号进行分频操作，得到基准信号，并输出所述基准信号给所述第一锁相环模块、所述第二锁相环模块、所述第一自动增益控制模块以及所述第二自动增益控制模块。

在其中一个实施例中，所述微机械陀螺仪是全对称微机械陀螺仪。

微机械陀螺仪实时自动模态匹配方法，包括：

采用微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置，当微机械陀螺仪处于工作模态时，实时采集基准信号、驱动轴位移信号和检测轴位移信号；

将所述基准信号和所述驱动轴位移信号输入给第一锁相环模块，得到第一频率控制信号；将所述第一频率控制信号输入给驱动模态的第一修调电极，使驱动模态的固有频率锁定至基准频率；

将所述基准信号和所述检测轴位移信号输入给第二锁相环模块，得到第二频率控制信号；将所述第二频率控制信号输入给检测模态的第二修调电极，使检测模态的固有频率锁定至基准频率；

将所述基准信号、所述驱动轴位移信号和第一参考幅值输入给第一自动增益控制模块，得到第一幅值控制信号；将所述第一幅值控制信号输入给驱动模态的第一驱动电极，使驱动轴位移信号的振动幅值锁定至第一参考幅值；

将所述基准信号、所述检测轴位移信号和第二参考幅值输入给第二自动增益控制模块，得到第二幅值控制信号；将所述第二幅值控制信号输入给检测模态的第二驱动电极，使检测轴位移信号的振动幅值锁定至第二参考幅值。

在其中一个实施例中，所述第一参考幅值与所述第二参考幅值相差一个量级。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

采用微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置，当微机械陀螺仪处于工作模态时，实时采集基准信号、驱动轴位移信号和检测轴位移信号；

将所述基准信号和所述驱动轴位移信号输入给第一锁相环模块，得到第一频率控制信号；将所述第一频率控制信号输入给驱动模态的第一修调电极，使驱动模态的固有频率锁定至基准频率；

将所述基准信号和所述检测轴位移信号输入给第二锁相环模块，得到第二频率控制信号；将所述第二频率控制信号输入给检测模态的第二修调电极，使检测模态的固有频率锁定至基准频率；

将所述基准信号、所述驱动轴位移信号和第一参考幅值输入给第一自动增益控制模块，得到第一幅值控制信号；将所述第一幅值控制信号输入给驱动模态的第一驱动电极，使驱动轴位移信号的振动幅值锁定至第一参考幅值；

将所述基准信号、所述检测轴位移信号和第二参考幅值输入给第二自动增益控制模块，得到第二幅值控制信号；将所述第二幅值控制信号输入给检测模态的第二驱动电极，使检测轴位移信号的振动幅值锁定至第二参考幅值。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

采用微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置，当微机械陀螺仪处于工作模态时，实时采集基准信号、驱动轴位移信号和检测轴位移信号；

将所述基准信号和所述驱动轴位移信号输入给第一锁相环模块，得到第一频率控制信号；将所述第一频率控制信号输入给驱动模态的第一修调电极，使驱动模态的固有频率锁定至基准频率；

将所述基准信号和所述检测轴位移信号输入给第二锁相环模块，得到第二频率控制信号；将所述第二频率控制信号输入给检测模态的第二修调电极，使检测模态的固有频率锁定至基准频率；

将所述基准信号、所述驱动轴位移信号和第一参考幅值输入给第一自动增益控制模块，得到第一幅值控制信号；将所述第一幅值控制信号输入给驱动模态的第一驱动电极，使驱动轴位移信号的振动幅值锁定至第一参考幅值；

将所述基准信号、所述检测轴位移信号和第二参考幅值输入给第二自动增益控制模块，得到第二幅值控制信号；将所述第二幅值控制信号输入给检测模态的第二驱动电极，使检测轴位移信号的振动幅值锁定至第二参考幅值。

上述微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置和方法，通过第一锁相环模块将驱动模态的固有频率锁定至基准频率，通过第二锁相环模块将检测模态的固有频率锁定至基准频率，通过第一自动增益控制模块将驱动轴位移信号的振动幅值锁定至第一参考幅值，通过第二自动增益控制模块将检测轴位移信号的振动幅值锁定至第二参考幅值。由于驱动模态的固有频率和检测模态的固有频率均锁定至基准频率，而基准频率是一个定值，且该锁定过程是一个实时的、自动的闭环过程，因此实现了微机械陀螺仪的实时自动模态匹配，同时能够有效地抑制陀螺仪频率的漂移和零偏漂移，消除模态频差，提高陀螺仪输出的信噪比以及对于工作环境温度、振动、冲击等外界因素的适应性，即使在外界因素的影响下，陀螺仪仍然能够正常工作，持续输出准确的信息。

附图说明

图1为一个实施例中微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置的结构框图；

图2为一个实施例中微机械陀螺仪实时自动模态匹配方法的流程示意图；

图3为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1所示，本申请提供的一种微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置，在一个实施例中，包括：

输入模块、第一锁相环模块、第二锁相环模块、第一自动增益控制模块、第二自动增益控制模块以及微机械陀螺仪；所述微机械陀螺仪在工作时具有驱动模态和检测模态，并实时输出驱动轴位移信号和检测轴位移信号；

所述输入模块将基准信号输入给所述第一锁相环模块、所述第二锁相环模块、所述第一自动增益控制模块以及所述第二自动增益控制模块；

所述第一锁相环模块实时接收所述基准信号和所述驱动轴位移信号，并输出第一频率控制信号给驱动模态的第一修调电极，使驱动模态的固有频率锁定至基准频率；

所述第二锁相环模块实时接收所述基准信号和所述检测轴位移信号，并输出第二频率控制信号给检测模态的第二修调电极，使检测模态的固有频率锁定至基准频率；

所述第一自动增益控制模块实时接收所述基准信号、所述驱动轴位移信号和第一参考幅值，并输出第一幅值控制信号给驱动模态的第一驱动电极，使驱动轴位移信号的振动幅值锁定至第一参考幅值；

所述第二自动增益控制模块实时接收所述基准信号、所述检测轴位移信号和第二参考幅值，并输出第二幅值控制信号给检测模态的第二驱动电极，使检测轴位移信号的振动幅值锁定至第二参考幅值；

所述微机械陀螺仪接收所述第一频率控制信号、所述第二频率控制信号、所述第一幅值控制信号和所述第二幅值控制信号，并谐振工作。

陀螺仪工作原理：谐振子在某一个方向进行振动时，当外界存在角速度，会在垂直方向产生一个与角速度相关的科里奥利力，驱动模态和检测模态就是类似于两个相互垂直的方向。先通过电极向驱动模态施加力，使谐振子振动在驱动模态，有外界角度输入时，驱动模态的振动会在检测模态产生科里奥利力使其发生振动，振动幅值和外界输入角速度相关，测量检测模态振动幅值的信息再经过处理就可以得到外界角速度信息。当驱动模态振幅越大时，科里奥利力越大，检测模态振动越明显，越容易检测。幅值一定时，当驱动力的频率等于驱动模态的固有频率时，驱动模态的振动幅值最大。

微机械陀螺仪即MEMS陀螺仪。谐振结构是MEMS陀螺仪的核心部件，它的品质很大程度上决定了陀螺仪的性能。在几十年的发展进程中，研究人员提出了多种谐振结构。随着对MEMS陀螺仪误差理论研究的不断深入，全对称谐振结构以其在机械热噪声、灵敏度、衰减时间常数等方面的优势逐渐成为了高精度MEMS陀螺仪的主流发展方向。在本实施例中，所述微机械陀螺仪是全对称微机械陀螺仪。

微机械陀螺仪有两个工作模态，分别称之为驱动模态和检测模态，两个模态之间通过哥氏力耦合。理想情况下，全对称结构MEMS陀螺仪的驱动模态频率和检测模态频率是相等的，即当陀螺仪有角速度输入时，驱动模态振动引起的哥氏力的频率等于检测模态的固有频率，使得全对称结构具有更高的信噪比。

由于制造过程中存在材料、工艺以及装配误差，实际制造出来的全对称结构不可避免地存在刚度和质量分布不均匀，表现为模态频率的失配，即驱动模态和检测模态的固有频率不一致。模态频率的失配会降低谐振结构的机械灵敏度，导致信噪比降低，从而对MEMS陀螺仪的性能造成不利影响。

在本实施例中，利用锁频技术实现定频驱动。谐振子固有频率和品质因数等动力学参数会随着外界温度等因素的影响发生缓慢的变化从而导致陀螺输出发生漂移，利用锁频技术，将驱动模态固有频率锁定在基准频率，可以有效地抑制频率漂移。由于驱动频率始终保持恒定，陀螺在受到剧烈冲击振动时能够保持谐振结构在工作模态振动，持续输出准确的角速度信息。以小型导弹作为假定应用对象，基于频率锁定的模态匹配MEMS陀螺仪(即本申请中的微机械陀螺仪)与传统的MEMS陀螺仪相比，具有显著优势：长期储存后陀螺零位保持不变；受到冲击时，陀螺仪仍能正常输出角速度；在冲击扰动与振动环境下，陀螺仪的零偏稳定性显著提升。

而且，本申请利用双模态同步锁频实现模态匹配。开环的匹配方法温度适应性差，现有的闭环模态匹配方法应用于高Q值MEMS陀螺仪会制约陀螺的带宽，并且无法抑制频率漂移。本方法在定频驱动技术的基础上，将锁频技术应用于检测模态的频率控制，提出了基于双模态同步锁频的模态匹配方法。该方案同时实现了固有频率的稳定与模态频差(驱动模态固有频率与检测模态固有频率的差值)的消除，对于提升MEMS陀螺仪性能具有重要作用。

本装置的工作过程和工作原理为：陀螺仪得电，当通过电极向陀螺仪施加力(基准信号)时，陀螺仪在驱动模态振动，输出驱动轴位移信号；当外界向陀螺仪施加角速度时，陀螺仪在检测模态产生科里奥利力使其振动，输出检测轴位移信号；当陀螺仪同时激励起驱动模态和检测模态时，实时输出驱动轴位移信号和检测轴位移信号。

基准信号包含基准频率信息，驱动轴位移信号包含驱动频率信息、驱动幅值信息和驱动位移信息，检测轴位移信号包含检测频率信息、检测幅值信息和检测位移信息。

第一锁相环模块根据基准信号的基准频率信息和驱动轴位移信号驱动轴位移信号的位移信息，输出第一频率控制信号给驱动模态的第一修调电极，第一修调电极将基准信号和驱动轴位移信号驱动轴位移信号的相位差锁定至第一参考相位，从而使驱动模态的固有频率锁定至基准频率。

同样的，第二锁相环模块根据基准信号的基准频率信息和检测轴位移信号的检测位移信息，输出第二频率控制信号给检测模态的第二修调电极，第二修调电极将基准信号和检测轴位移信号的相位差锁定至第二参考相位，从而使检测模态的固有频率锁定至基准频率。

同时，第一自动增益控制模块(图中AGC,Automatic Gain Control)根据基准信号的基准幅值信息、驱动轴位移信号的驱动幅值信息和第一参考幅值，使驱动轴位移信号的振动幅值锁定至第一参考幅值并输出第一幅值控制信号给驱动模态的第一驱动电极。

同样的，第二自动增益控制模块根据基准信号的基准幅值信息、检测轴位移信号的检测幅值信息和第二参考幅值，使检测轴位移信号的检测幅值锁定至第二参考幅值并输出第二幅值控制信号给检测模态的第二驱动电极。

在本实施例中，第一参考幅值和第二参考幅值根据具体情况预先设定，只要满足第一参考幅值与第二参考幅值相差一个量级即可。例如，第一参考幅值是几百mV，第二参考幅值是几十mV。

第一参考相位和第二参考相位也是预先设定的值，根据第一参考幅值和第二参考幅值来设置。

振动幅值较大时，不同的幅值谐振时对应的参考相位也不一样；驱动模态为了保证陀螺输出的信噪比，第一参考幅值应尽可能大；检测模态为了减小对角度测量的影响，第二参考幅值应尽可能小，但又要满足锁频电路的检测要求。

第一频率控制信号是指对驱动模态固有频率进行修调的电压信号，陀螺仪的第一修调电极接收第一频率控制信号并调节调频电压，使第一相位差等于第一参考相位，从而使驱动模态的固有频率锁定至基准频率。第二频率控制信号是指对检测模态固有频率进行修调的电压信号，陀螺仪的第二修调电极接收第二频率控制信号并调节调频电压，使第二相位差等于第二参考相位，从而使检测模态的固有频率锁定至基准频率。第一幅值控制信号是使陀螺仪谐振的激励信号，其频率等于基准信号的频率，幅值等于第一参考幅值。第二幅值控制信号也是使陀螺仪谐振的激励信号，其频率等于基准信号的频率，幅值等于第二参考幅值。

需要说明的是，现有的闭环模态匹配技术中，将驱动轴激励信号和驱动轴位移信号的相位差锁定在-π/2，使得驱动轴激励信号跟踪驱动轴位移信号的谐振频率从而保持驱动模态工作在谐振频率处，即将驱动轴激励信号的频率锁定到驱动模态的固有频率；而且通过力平衡施加一个力，将检测模态的振动幅值抑制到0，相当于不振动，因而得不到检测模态的频率信息，无法通过锁相来实现频率锁定，为了实现两个模态频率保持一致，在正交环路施加扰动信号，使得模态频差信息被检测到，从而在陀螺的输出中得到频率差的信息，再通过控制器将模态频差抑制到0，实现频率差的消除，也就是模态匹配。但是采用这种方式，陀螺驱动模态的谐振频率仍然随环境温度波动，即陀螺驱动模态的动力学参数随温度缓变，使得陀螺输出不可避免地发生漂移；由于驱动轴激励信号的频率要对驱动模态的固有频率进行跟踪，因而需要根据输出进行实时地变化，当一些外界因素(例如冲击和振动)对输出产生影响时，驱动轴激励信号就会因为变化过大，频率偏离驱动模态固有频率导致陀螺仪无法正常工作；而且扰动信号会使陀螺输出存在较大的误差，这部分误差的带宽与扰动信号相同，为了滤除掉这部分误差，需要进行低频滤波，从而限制陀螺的输出带宽，使其小于扰动信号的带宽，影响陀螺仪的性能，而且，施加扰动会影响控制环路的稳定性。

而本申请中，时钟源提供的基准信号(仅有频率信息)与第一自动增益控制模块提供的增益相乘，得到驱动轴激励信号输入到陀螺仪，检测模态的振动幅值没有被抑制到0，而是通过第二自动增益控制模块控制到一个较小的幅值，没有施加扰动信号，所以不存在这部分误差，因而不需要滤波，不会限制陀螺仪输出带宽。

上述微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置和方法，通过第一锁相环模块将驱动模态的固有频率锁定至基准频率，通过第二锁相环模块将检测模态的固有频率锁定至基准频率，通过第一自动增益控制模块将驱动轴位移信号的振动幅值锁定至第一参考幅值，通过第二自动增益控制模块将检测轴位移信号的振动幅值锁定至第二参考幅值。由于驱动模态的固有频率和检测模态的固有频率均锁定至基准频率，而基准频率是一个定值，且该锁定过程是一个实时的、自动的闭环过程，因此实现了微机械陀螺仪的实时自动模态匹配，同时能够有效地抑制陀螺仪频率的漂移和零偏漂移，消除模态频差，提高陀螺仪输出的信噪比以及对于工作环境温度、振动、冲击等外界因素的适应性，即使在外界因素的影响下，陀螺仪仍然能够正常工作，持续输出准确的信息。

在一个实施例中，其特征在于，所述第一锁相环模块包括：第一鉴相器、第一滤波器和第一控制器；所述第一鉴相器实时接收所述基准信号和所述驱动轴位移信号，进行鉴相，并输出基准信号和驱动轴位移信号的相位差信息以及二倍频信号给所述第一滤波器；所述第一滤波器接收相位差信息以及二倍频信号，进行滤波，并输出第一相位差给所述第一控制器；所述第一控制器接收所述第一相位差和第一参考相位，进行比较，并输出所述第一频率控制信号给所述第一修调电极；所述第二锁相环模块包括：第二鉴相器、第二滤波器和第二控制器；所述第二鉴相器实时接收所述基准信号和所述检测轴位移信号，进行鉴相，并输出基准信号的相位信息和检测轴位移信号的相位信息给所述第二滤波器；所述第二滤波器接收所述基准信号的相位信息和检测轴位移信号的相位信息，进行滤波，并输出第二相位差给所述第二控制器；所述第二控制器接收所述第二相位差和第二参考相位，进行比较，并输出所述第二频率控制信号给所述第二修调电极。

在一个实施例中，所述输入模块包括：高精度时钟源；所述高精度时钟源，产生高精度时钟信号，对所述高精度时钟信号进行分频操作，得到基准信号，并输出所述基准信号给所述第一锁相环模块、所述第二锁相环模块、所述第一自动增益控制模块以及所述第二自动增益控制模块。

分频操作是指对高精度时钟源产生的高精度时钟信号进行分频，以产生基准频率，N根据实际需求来设定。例如：高精度时钟信号的频率为50MHz，所需要的基准频率为1MHz，此处的N就等于50。

如图2所示，本申请提供的一种微机械陀螺仪实时自动模态匹配方法，在一个实施例中，包括以下步骤：

步骤202，采用微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置，当微机械陀螺仪处于工作模态时，实时采集基准信号、驱动轴位移信号和检测轴位移信号。

步骤204，将基准信号和驱动轴位移信号输入给第一锁相环模块，得到第一频率控制信号；将第一频率控制信号输入给驱动模态的第一修调电极，使驱动模态的固有频率锁定至基准频率。

步骤206，将基准信号和检测轴位移信号输入给第二锁相环模块，得到第二频率控制信号；将第二频率控制信号输入给检测模态的第二修调电极，使检测模态的固有频率锁定至基准频率。

步骤208，将基准信号、驱动轴位移信号和第一参考幅值输入给第一自动增益控制模块，得到第一幅值控制信号；将第一幅值控制信号输入给驱动模态的第一驱动电极，使驱动轴位移信号的振动幅值锁定至第一参考幅值。

步骤210，将基准信号、检测轴位移信号和第二参考幅值输入给第二自动增益控制模块，得到第二幅值控制信号；将第二幅值控制信号输入给检测模态的第二驱动电极，使检测轴位移信号的振动幅值锁定至第二参考幅值。

在本实施例中，所述第一参考幅值与所述第二参考幅值相差一个量级。

应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

关于一种微机械陀螺仪实时自动模态匹配方法的具体限定可以参见上文中对于一种微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图3所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种微机械陀螺仪实时自动模态匹配方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。该计算机设备可以是仿真设备，输入装置将相关的信息输入给仿真设备，处理器执行存储器中的程序进行组合仿真，显示屏显示相关的仿真结果。

本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述实施例中方法的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.微机械陀螺仪实时自动模态匹配装置，其特征在于，包括：输入模块、第一锁相环模块、第二锁相环模块、第一自动增益控制模块、第二自动增益控制模块以及微机械陀螺仪；所述微机械陀螺仪在工作时具有驱动模态和检测模态，并实时输出驱动轴位移信号和检测轴位移信号；

所述输入模块将基准信号输入给所述第一锁相环模块、所述第二锁相环模块、所述第一自动增益控制模块以及所述第二自动增益控制模块；

所述第一锁相环模块实时接收所述基准信号和所述驱动轴位移信号，并输出第一频率控制信号给驱动模态的第一修调电极，使驱动模态的固有频率锁定至基准频率；

所述第二锁相环模块实时接收所述基准信号和所述检测轴位移信号，并输出第二频率控制信号给检测模态的第二修调电极，使检测模态的固有频率锁定至基准频率；

所述第一自动增益控制模块实时接收所述基准信号、所述驱动轴位移信号和第一参考幅值，并输出第一幅值控制信号给驱动模态的第一驱动电极，使驱动轴位移信号的振动幅值锁定至第一参考幅值；

所述第二自动增益控制模块实时接收所述基准信号、所述检测轴位移信号和第二参考幅值，并输出第二幅值控制信号给检测模态的第二驱动电极，使检测轴位移信号的振动幅值锁定至第二参考幅值；

所述微机械陀螺仪接收所述第一频率控制信号、所述第二频率控制信号、所述第一幅值控制信号和所述第二幅值控制信号，并谐振工作；

所述输入模块包括：高精度时钟源；

所述高精度时钟源，产生高精度时钟信号，对所述高精度时钟信号进行分频操作，得到基准信号，并输出所述基准信号给所述第一锁相环模块、所述第二锁相环模块、所述第一自动增益控制模块以及所述第二自动增益控制模块。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一参考幅值与所述第二参考幅值相差一个量级。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一锁相环模块包括：第一鉴相器、第一滤波器和第一控制器；

所述第一鉴相器实时接收所述基准信号和所述驱动轴位移信号，进行鉴相，并输出所述基准信号和所述驱动轴位移信号的相位差信息以及二倍频信号给所述第一滤波器；所述第一滤波器接收所述相位差信息以及所述二倍频信号，进行滤波，并输出第一相位差给所述第一控制器；所述第一控制器接收所述第一相位差和第一参考相位，进行比较，并输出所述第一频率控制信号给所述第一修调电极；

所述第二锁相环模块包括：第二鉴相器、第二滤波器和第二控制器；

所述第二鉴相器实时接收所述基准信号和所述检测轴位移信号，进行鉴相，并输出所述基准信号的相位信息和所述检测轴位移信号的相位信息给所述第二滤波器；所述第二滤波器接收所述基准信号的相位信息和所述检测轴位移信号的相位信息，进行滤波，并输出第二相位差给所述第二控制器；所述第二控制器接收所述第二相位差和第二参考相位，进行比较，并输出所述第二频率控制信号给所述第二修调电极。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一修调电极根据所述第一频率控制信号，将所述第一相位差锁定至所述第一参考相位；

所述第二修调电极根据所述第二频率控制信号，将所述第二相位差锁定至所述第二参考相位。

5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述微机械陀螺仪是全对称微机械陀螺仪。

6.微机械陀螺仪实时自动模态匹配方法，其特征在于，包括：

采用权利要求3至5任一项所述的装置，当微机械陀螺仪处于工作模态时，实时采集基准信号、驱动轴位移信号和检测轴位移信号；

将所述基准信号和所述驱动轴位移信号输入给第一锁相环模块，得到第一频率控制信号；将所述第一频率控制信号输入给驱动模态的第一修调电极，使驱动模态的固有频率锁定至基准频率；

将所述基准信号和所述检测轴位移信号输入给第二锁相环模块，得到第二频率控制信号；将所述第二频率控制信号输入给检测模态的第二修调电极，使检测模态的固有频率锁定至基准频率；

将所述基准信号、所述驱动轴位移信号和第一参考幅值输入给第一自动增益控制模块，得到第一幅值控制信号；将所述第一幅值控制信号输入给驱动模态的第一驱动电极，使驱动轴位移信号的振动幅值锁定至第一参考幅值；

将所述基准信号、所述检测轴位移信号和第二参考幅值输入给第二自动增益控制模块，得到第二幅值控制信号；将所述第二幅值控制信号输入给检测模态的第二驱动电极，使检测轴位移信号的振动幅值锁定至第二参考幅值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一参考幅值与所述第二参考幅值相差一个量级。

8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求6或7所述方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求6或7所述方法的步骤。