技术摘要：
本发明公开了一种用于常压封装MEMS陀螺仪解调相角补偿的系统和方法，该系统包括陀螺仪闭环驱动模块、检测模态驱动与检测模块、补偿模块、信号检测模块；陀螺仪闭环驱动模块跟踪MEMS陀螺仪的驱动模态谐振频率ωx并产生ωx的正弦波信号sinωxt与sin(2ωxt)，并将sin(2ωx  全部
背景技术：
MEMS陀螺仪作为一种利用哥氏效应敏感输入角速度的传感器，是MEMS技术在惯性 导航领域的重要应用之一，具有体积小、重量轻、成本低、可批量生产、易于集成等优点，在 军用与民用领域均得到了广泛的应用。MEMS陀螺仪具有驱动模态和检测模态两个工作模 态，其中，驱动模态实时跟踪驱动模态谐振频率并维持驱动方向上恒定的振幅；检测模态实 时检测敏感轴输入角速度引起的模态振动，再利用乘法解调方式获得包含角速度信息的信 号。 为了降低MEMS陀螺仪的制造成本，大气常压封装陀螺仪逐渐受到关注。尽管大气 常压封装降低了陀螺仪的品质因数，从而引入了较大的检测环节解调相角误差，进而限制 了陀螺仪的测量精度。但通过有效解调相角补偿，其性能可得到明显的提升。目前针对大气 常压封装陀螺仪检测环节解调相角的补偿通常采用算法补偿，建立解调相角与温度的模 型，从而通过检测温度实现解调算法的补偿。该方法依赖于算法模型的准确性与系统输出 的重复性，且复杂的算法同样会提升陀螺仪测控系统的复杂度与成本。
技术实现要素：
发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于常压封装MEMS陀 螺仪解调相角补偿的系统。 本发明还提供一种用于常压封装MEMS陀螺仪解调相角补偿的方法。 技术方案：本发明的用于常压封装MEMS陀螺仪解调相角补偿的系统包括：陀螺仪 闭环驱动模块、检测模态驱动与检测模块、补偿模块和信号检测模块；所述陀螺仪闭环驱动 模块用于跟踪硅微陀螺仪的驱动模态谐振频率ωx并产生ωx的单倍频正弦信号sinωxt和 二倍频正弦信号sin(2ωxt)，将sinωxt作为反馈实现陀螺仪闭环驱动，并将sin(2ωxt)输 出至所述检测模态驱动与检测模块和所述补偿模块；所述检测模态驱动与检测模块基于正 交输入信号、哥氏输入信号和所述陀螺仪闭环驱动模块输出的二倍频正弦信号sin(2ω xt)、产生检测模态振动信号，并分别输出至所述补偿模块和所述信号检测模块；所述补偿 模块基于所述二倍频正弦信号sin(2ωxt)和所述检测模态振动信号产生解调相角补偿量 并输出至所述陀螺仪闭环驱动模块；所述陀螺仪闭环驱动模块基于ωx和 产生补偿 后的第一解调信号 和第二解调信号 并将 和 输 出至所述信号检测模块；所述信号检测模块基于 和所述检测模态振动信号得到 经补偿的哥氏输出信号，并基于 和所述检测模态振动信号得到经补偿的正交输 出信号；其中，经补偿的哥氏输出信号避免了正交输入信号的干扰。 6 CN 111551162 A 说　明　书 2/6 页 进一步地，所述陀螺仪驱动闭环回路包括驱动模态检测电极、驱动模态驱动电极、 驱动模态C/V转换电路、驱动模态放大电路、驱动模态A/D转换电路、驱动模态D/A转换电路、 相位解调模块、幅值解调模块、锁相环、自动增益控制器、直接数字式频率合成器和第一乘 法器；驱动模态驱动电极用于响应于驱动信号产生振动；驱动模态检测电极检测到驱动模 态驱动电极的振动产生驱动模态振动信号，该驱动模态振动信号依次经由驱动模态C/V转 换电路、驱动模态A/D转换电路处理后分别输入至相位解调模块与幅值解调模块；相位解调 模块进行解调后输出相位相关信号至锁相环，幅值解调模块进行解调后输出幅值相关信号 至自动增益控制器；锁相环基于所述相位相关信号跟踪陀螺仪的所述驱动模态谐振频率 ωx，并将ωx输出至直接数字式频率合成器；自动增益控制器基于所述幅值相关信号产生驱 动信号的幅度；直接数字式频率合成器输出ωx的所述单倍频正弦信号sinωxt和所述二倍 频正弦信号sin2ωxt，并将sin2ωxt输入至检测模态驱动和检测模块和补偿模块；第一乘法 器将驱动信号的幅度与正弦信号sinωxt相乘后得到驱动信号；所述驱动信号依次经由驱 动模态D/A转换电路、驱动模态放大电路处理后输入至驱动模态驱动电极，从而使得驱动模 态检测电极的振幅维持恒定，并实时跟踪驱动模态谐振频率ωx，实现陀螺仪闭环驱动。 进一步地，所述检测模态驱动和检测模块包括检测模态驱动电极、检测模态检测 电极、检测模态放大电路、检测模态C/V转换电路、检测模态D/A转换电路、检测模态A/D转换 电路；所述二倍频正弦信号sin2ωxt依次经由检测模态D/A转换电路、检测模态放大电路处 理后输入至检测模态驱动电极；检测模态检测电极对检测模态驱动电极的输出信号、哥氏 输入信号和正交输入信号进行检测，检测结果依次经由检测模态C/V转换电路、检测模态A/ D转换电路处理后产生所述检测模态振动信号。 进一步地，所述补偿模块包括第一高通滤波器、幅值比较器、第二乘法器、第二低 通滤波器和解调相角解算模块；所述第一高通滤波器对所述检测模态振动信号进行高通滤 波，得到第一次滤波后的正弦波；所述幅值比较器将所述第一次滤波后的正弦波转换成单 位幅值的同频率方波；所述第二乘法器将所述单位幅值的同频率方波乘以所述陀螺仪闭环 驱动模块输出的正弦信号sin(2ωxt)，并输出至所述第二低通滤波器得到二倍频相角输出 信号 所述解调相角解算模块对二倍频相角输出信号 进行解算得到 所述解调相角补偿量 并输出至所述陀螺仪闭环驱动模块。 进一步地，所述信号检测模块包括第三乘法器、第三低通滤波器、第四乘法器和第 四低通滤波器；所述第三乘法器与所述第三低通滤波器构成乘法解调，利用 和 所述振动信号得到经补偿的哥氏输出信号；所述第四乘法器与所述第四低通滤波器构成乘 法解调，利用 和所述振动信号得到经补偿的正交输出信号；其中，经补偿的哥氏 输出信号避免了正交输入信号的干扰。 本发明的用于常压封装MEMS陀螺仪解调相角补偿的方法包括：(S1)跟踪硅微陀螺 仪的驱动模态谐振频率ωx，产生ωx的单倍频正弦信号sinωxt和二倍频正弦信号sin(2ω xt)，将sinωxt作为反馈实现陀螺仪闭环驱动；(S2)基于所述二倍频正弦信号sin(2ωxt)、 正交输入信号和哥氏输入信号产生检测模态振动信号；(S3)基于所述二倍频正弦信号sin (2ωxt)和所述检测模态振动信号产生解调相角补偿量 基于ωx和 产生解调相角补 偿后的第一解调信号 和第二解调信号 (S4)基于 和所述检 7 CN 111551162 A 说　明　书 3/6 页 测模态振动信号得到经补偿的哥氏输出信号，并基于 和所述检测模态振动信号 得到经补偿的正交输出信号；其中，经补偿的哥氏输出信号避免了正交输入信号的干扰。 有益效果：与现有技术相比，本申请具有以下优点： 1、带有解调相角补偿环节，可以在有效地消除低品质因数所引起的正交输入信号 对哥氏输出信号的影响，降低陀螺仪哥氏输出信号的漂移和噪声； 2、现有技术中需要对陀螺仪解调相角误差进行建模，为实现较好的补偿效果，需 要建立复杂的补偿模型并通过大量的实验标定模型参数，本发明的方案基于输入陀螺仪力 反馈检测梳齿(对应实施例中检测模态驱动电极201)的二倍频信号以此获取解调相角补偿 量，不需要建立繁杂的误差模型，并不依赖复杂算法补偿，有效地减少了陀螺仪系统的成 本。 附图说明 图1为本发明一个实施例涉及的系统框图； 图2为本发明一个实施例中涉及的宽温度范围内 与 的关系曲线。