杨 成，李宏生，徐 露，朱昆朋

（1. 东南大学 仪器科学与工程学院，南京 210096；2. 东南大学 微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室，南京 210096）

基于低频调制激励的硅微陀螺仪自动模态匹配技术

杨 成1,2，李宏生1,2，徐 露1,2，朱昆朋1,2

（1. 东南大学 仪器科学与工程学院，南京 210096；2. 东南大学 微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室，南京 210096）

根据二阶质量-弹簧-阻尼系统的幅频特性和相频特性关于谐振频率对称的特点，提出了一种低频振荡激励的实时模态匹配技术，根据检测模态的输出响应来判别驱动模态和检测模态的匹配程度。首先简要介绍了带频率调谐功能的双质量线振动硅微陀螺仪，该陀螺利用负刚度效应来调节检测模态的谐振频率；然后通过理论推导以及系统仿真验证了基于低频调制激励的自动模态匹配技术的可行性和有效性；最后设计了一种基于现场可编程逻辑阵列（FPGA）的数字控制电路，并且对同一测试陀螺进行了模态匹配和模态不匹配下的性能对比。试验结果表明，相比模态不匹配条件下，陀螺零偏稳定性从5.89 (°)/h提高到1.26 (°)/h，角度随机游走从0.36 (°)/√h提高到0.079 (°)/√h，性能分别提高了4.7倍和4.6倍。

负刚度效应；硅微陀螺仪；低频振荡调制；模态匹配；自动频率调节

随着微机电（MEMS）技术的发展，越来越多的微传感器进入各种应用领域，其中，硅微陀螺仪作为MEMS技术的典型代表，具有集体小，成本低，易于批量生产，耐冲击等突出优点，使其在军用和民用领域有广泛的应用前景[1]。……