杨颖慧，刘 靖，卜 峰，樊 波，徐大诚，郭述文

(苏州大学电子信息学院，江苏苏州 215006)

0 引言

MEMS陀螺仪作为测量运动物体惯性的器件，因其具有成本低、尺寸小和质量轻等特点，广泛应用于汽车工业，惯性导航和智能手机等领域[1]。轴对称MEMS陀螺的工作模式分为速率模式[2-3]和速率积分模式(又称全角模式)[4]。全角模式通常采用幅度调制(amplitude modulation，AM)，将角速率信息调制到2个振动模态的位移上，通过幅度解调来得到进动角。相比速率模式，它具有量程大、宽带宽和标度因子稳定等优点。然而，MEMS陀螺存在结构加工工艺误差带来阻尼和刚度不匹配问题[5]，会导致较大阈值。2018年，T. Parsa等[6]提出使用与进动角相关偏置误差进行补偿来降低阈值的方法，最终阈值为3(°)/s，但是该阈值仍然较大且补偿方法比较复杂。

除了幅度调制工作模式之外，T. Tsukamoto[7]提出一种全差分频率调制(frequency modulation，FM)陀螺，在单个谐振子上独立控制顺时针(clockwise，CW)和逆时针(counter clockwise，CCW)的叠加模式，使用CCW和CW解调器，同时控制这2种模式。该控制系统可以检测输出角度或角速率。但是该方法存在顺逆时针模式相互耦合的问题，导致阈值较大。在高Q值陀螺中还存在系统稳定时间长问题。该学者后面提出算法补偿来降低顺逆时针模式相互耦合[8]，但是方法比较复杂且不能实现实时补偿。

针对以上问题，本文在调频陀螺控制系统基础上对其进行了优化。在现有调频全角控制系统上添加了AGC模块，用于控制顺逆时针振动模式幅度，从而实现振动模态频率的迅速稳定并且减小了顺逆时针模式相互耦合，显著降低了角度检测阈值。……