硅微角振动陀螺仪温度特性补偿方法研究.pdf

《硅微角振动陀螺仪温度特性补偿方法研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、26传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第ll期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)11-0026-04硅微角振动陀螺仪温度特性补偿方法研究余磊，徐大诚，郭述文(苏州大学微纳传感技术研究中心，江苏苏州215100)摘要：在研究硅微角振动陀螺结构和温度特性的基础上，创建了二元高阶多项式补偿模型，并设计了基于STM32F405的硬件补偿电路，实现该陀螺仪实时温度补偿。实验结果表明：温度补偿后的标度因数温度系数和全温零偏稳定性分别由344

2、×10／℃和441。／h减小为12．6×10／℃和4O．6。／h，使得该陀螺仪的温度特性有明显改善，验证了该补偿方法的有效性和可行性。关键词：硅微角振动陀螺仪；温度补偿；标度因数温度系数；全温零偏稳定性中图分类号：U666．1文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)11-0026--04Research0ncompensationmethod0ftemperaturecharacteristicsforsi⋯liconm●icroangu’larvi‘■brat·i‘OngYroscope。YULei，XUDa—

3、cheng，GUOShu—wen(Micro-nanoSensorTechnologyResearchCenter，SoochowUniversity，Suzhou215100，China)Abstract：Abinaryorderpolynomialcompensationmodelissetupbasedonanalyzingthestructureandtemperaturecharacteristicsofthesiliconmicroangularvibrationgyroscope，andthehardwareco

4、mpensationcircuitisdesignedbasedontheSTM32F405，realizereal—timetemperaturecompensationofthegyroscope．Experimentalresuhshowthatthroughcompensationmethodproposed，thetemperaturecoeficientsofthescalefactorandstabilityoffull—temperaturezerobiasdecreasefrom344Xi0／℃and441。

5、／hto12．6X10／℃and40．6~／h．respectively，thetemperaturecharacteristicsofthegyroscopeissignificantlyimprovedandeffectivenessandfeasibilityofthecompensationmethodisverified．Keywords：siliconmicroangularvibrationgyroscope；temperaturecompensation；temperaturecoeficientsofscal

6、efactor；stabilityoffull—temperaturezerobias0引言由四相位驱动信号对陀螺外环进行驱动，使外环在梳齿硅微陀螺仪具有体积小、重量轻、价格低、寿命长和易状电极驱动下绕轴旋转振动，当有一个绕轴方向的批量生产等优点，广泛应用在消费电子、汽车安全系统、机角速度时，陀螺将受到一个沿Y方向的科氏力作用，内器人以及惯性导航等领域⋯。温度变化对硅微角振动陀盘将沿Y方向左右摇摆，而摆动幅度将与科氏力大小呈螺仪性能有较大影响，主要影响到陀螺的标度因数和零偏。正比。对硅微陀螺的温度补偿通常有三种方法：一是利用驱

7、动谐振频率随温度变化的关系进行自补偿；二是利用品质因数的温度特性进行自补偿；三是外接温度传感器进行温度补偿。但是，当Q值不是很高时，前两种方法不适用。本文是利用集成温度传感器进行补偿，使硅微角振动陀螺仪的标度因数温度系数和全温零偏稳定性提高了1个齿数量级，有效改善了陀螺仪的性能。图1单支点角振动陀螺仪结构模型图1硅微角振动陀螺温度性能分析Fig1Structuremodeldiagramofsinglefulcrum1．1硅微角振动陀螺的结构原理angularvibrationgyroscope单支点角振动陀螺仪结构如图1所示

8、。陀螺工作时，角振动陀螺传递函数收稿日期：2015-02-15基金项目：国家自然基金重点资助项目(61434003)第11期余磊，等：硅微角振动陀螺仪温度特性补偿方法研究27构设计是差分输入，具有一定的共模抑制比，与温度有关参帅e／L数变化一般可以抵消掉。然而，工艺或者封装造