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硅微型机械振动陀螺仪是一种新型陀螺仪,是MEMS的重要组成部分之一,具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高以及易于数字化和智能化等优点,在惯性测量领域有着广泛的应用前景。
本文以课题组自行设计的双线振动硅微机械陀螺仪为对象,深入研究了其检测技术,包括检测电路方案的理论分析、设计、仿真和检测电路关键电路模块的设计,最终实现了基于相干检测原理的双边差分开环检测方案,并进行了测试试验。本文的主要工作可以归纳为以下几个方面:
(1)分析了双线振动硅微机械陀螺仪的工作机理和动力学特性,导出了陀螺驱动模态和检测模态的运动规律及检测电容的变化规律。
(2)结合双线振动硅微机械陀螺仪微弱信号检测的特点,分析了限制电路检测能力的正交误差信号及噪声信号,选用相干检测法作为其信号检测方法,比较了基于相干检测原理的公共端差分开环检测方案和双边差分开环检测方案;对双边差分开环检测方案进行了仿真。
(3)重点研究了双线振动硅微机械陀螺仪检测电路中的前置放大电路。分析了前放电路中各元件参数与其噪声性能和动态误差的关系,提出了前放电路设计的定性原则;结合理论分析与仿真计算结果,提出了一种前放电路各元件参数的定量设计方法,并据此设计了前置放大电路。
(4)实现了基于相干检测原理的双边差分开环检测方案,对其主要性能进行了测试,包括常温下零偏、零位漂移、标度因数和零输入角速度输出电压温度特性,分析了测试结果,提出了改进方案设想。