杜江潮,胡终须,申燕超,辛 吉,刘 飞,张菁华

(1.北京自动化控制设备研究所,北京 100074; 2.空军装备部驻北京地区第二军代表室,北京 100037)

0 引言

硅微机电陀螺基于科氏振动效应和硅基微纳制造技术,突出优点是体积小、质量小、成本低、集成度高及抗恶劣环境等。然而,其敏感元件的小尺寸特征给实现良好的性能带来了挑战[1-2]。近些年来,在微机电陀螺敏感结构型式不断优化、微加工/封装工艺能力不断提升的情况下,通过优化测控和误差补偿方法,成为进一步提升微机电陀螺精度的一种重要突破口。

微机电陀螺一般有开环和闭环两种检测模式,其中,开环模式实现较为简单,为获取有效的检测带宽,驱动模态和检测模态存在一定频差,该方式由于未能有效利用检测通道机械谐振的放大作用,机械增益提升有限、不利于获取高信噪比。闭环模式主要通过反馈回路施加静电力抵消科氏力,从而平衡检测方向的振动。特别地,在该模式下对驱动、检测进行模态匹配,可利用检测通道对科氏力响应的谐振放大作用,大幅提高机械增益,获取高信噪比,进而优化陀螺性能。

另一方面,受微加工工艺误差等影响,陀螺驱动和检测通道之间存在弹性耦合和阻尼耦合(高Q值情况下阻尼耦合可以忽略)。弹性耦合是指在没有外部角速率输入的情况下,由驱动通道振动直接耦合到检测通道的误差信号,该误差信号与科氏力信号相位相差90°,也称正交耦合误差。……