matlab硅微陀螺检测信号数字处理研究(6)
第二章为硅微机械角速率传感器理论分析，主要介绍了硅微角速率传感器工作原理，硅微机械角速度传感器驱动原理，电容检测原理和数字滤波在硅微机械角速度传感器中重要性，并对驱动过程和检测过程中的关键信号进行了理论推导和计算，并且举例对低通滤波器滤波指标进行了研究，主要研究了一下滤波技术指标对滤波器的幅频特性的影响。
第三章为硅微角速率传感器驱动信号数字处理，主要研究硅微机械角速度传感器驱动信号的特性分析以及不同滤波器的滤波效果对比及分析。
第四章为硅微角速率传感器检测信号数字处理，主要研究硅微机械角速度传感器检测信号的特性分析以及不同滤波器的滤波效果对比及分析。
第五章为硅微角速率传感器解调输出信号数字处理，主要研究硅微机械角速度传感器解调输出信号的特性分析以及不同滤波器的滤波效果对比及分析。
第吹冰章对本论文进行总结并提出展望。
2.硅微机械角速率传感器理论分析
2.1 硅微角速率传感器工作原理
图2.1 陀螺原理图
本文主要介绍闭环驱动和电容检测型微机械硅陀螺仪。微机械硅陀螺仪是利用哥氏力原理来测量角速度和角度的一种角速率传感器，很多地方也可以称之为硅角速率传感器，该陀螺应用体硅加工工艺制成，采用静电驱动方式，相比电磁驱动方式不受外界磁场干扰。它通过电容的变化来敏感各模态振动，由于电容的变化随温度影响小、稳定性好的特点，使得电容检测方式的硅微机械陀螺成为目前国内外许多公司和研究所研究硅微机械陀螺的主要方向。如图2.1所示，这种陀螺仪的工作机理是，通过使陀螺驱动x方向实现恒幅振动，当在输入Z轴方向有角速度输入时，在哥氏效应的影响下，陀螺检测Y方向产生振动，振幅大小与输入角速度成比例，通过测量检测模块振幅大小，从而实现对角速率的测量[12]。
2.2硅微机械角速度传感器驱动原理
由于硅微机械利用了哥氏力现象，通过下面公式(2.1)可知,保持检测质量块的m与振动速度u的恒定，输入角速度与哥氏力呈线性变化关系，通过测量哥氏力或者检测质量块在Y轴上的加速度大小，从而得到相应的输入加速度大小。但是要保持振荡速度的恒定，这时驱动电路的作用就发挥出来了。 （2.1）
F为在检测模块上的哥氏力，m为模块的质量，u为驱动模块的振荡速度。
为了保证测量的精度，驱动电路的主要功能就是文持微机械陀螺振荡时恒定的幅值，即恒幅振荡。设陀螺的位移方程为：（2.2）
其中S位振荡的幅值，ω为驱动模块振荡的频率。通过对位移方程（2.2）求导得到： （2.3）
因此文持了恒定的陀螺振幅S，就能使振动速度v的幅值Sω恒定(ω不变)。再根据哥氏力公式（2.1）可知：只要保持振动速度v的幅值恒定不变就能使哥氏力的大小与输入角速度成线性变化关系，就是保持在驱动方向的横幅振动。驱动电压通常为带直流的交流电压，在驱动硅微机械角速度传感器时，驱动信号中通常包含三个分量，直流分量、一倍频正弦分量以及二倍频正弦分量。驱动检测质量运动的过程相当于驱动信号通过一个品质因数很高的带通滤波器。通常当驱动频率与驱动质量模块的固有频率非常接近时，驱动电压信号中的直流分量和二倍频正弦分量都很小可以忽略。
2.3 硅微机械角速度传感器的电容检测原理
如2.1节中所述，硅微角速率传感器依靠哥氏力效应来检测输入角速度，当有Z轴方向的输入角速度时，质量块将由于科里奥利力在Y轴方向产生位移，且两质量块的位移大小相等，方向相反。本文研究的硅微角速率传感器的检测梳齿结构如图2.2所示。质量块两端的检测梳齿是对称分布的，这样可以保证在质量块沿X轴方向振动时检测梳齿间的电容不发生变化。当哥氏力引起质量块在Y轴方向产生位移后，检测梳齿间的差分电容的变化值则可表征哥氏力的大小，即可以表征输入角速度的大小。