關(guān)于線(xiàn)性調(diào)諧微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)技術(shù)的分析

高武

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，貴州 畢節(jié)　551700）

關(guān)于線(xiàn)性調(diào)諧微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)技術(shù)的分析

高武

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，貴州 畢節(jié)551700）

微機(jī)械陀螺是一種能夠?qū)崿F(xiàn)物體轉(zhuǎn)動(dòng)信息測(cè)量的傳感器，微機(jī)械陀螺有著體積小、耗能低、能夠批量化生產(chǎn)的特點(diǎn)，其應(yīng)用前景十分廣泛。驅(qū)動(dòng)技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)是線(xiàn)性調(diào)諧微機(jī)械陀螺的關(guān)鍵技術(shù)，驅(qū)動(dòng)技術(shù)能夠獲得最大振幅，并保證振動(dòng)的穩(wěn)定性，檢測(cè)技術(shù)則能夠?qū)撬俣刃畔⑦M(jìn)行檢測(cè)。文章簡(jiǎn)要分析了關(guān)于線(xiàn)性調(diào)諧微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)技術(shù)。

線(xiàn)性調(diào)諧；微機(jī)械陀螺；驅(qū)動(dòng)技術(shù)；檢測(cè)技術(shù)

1　微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)與檢測(cè)技術(shù)概述

（1）微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)技術(shù)。驅(qū)動(dòng)技術(shù)是微機(jī)械陀螺工作的基礎(chǔ)，微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)的任務(wù)是驅(qū)動(dòng)陀螺，保證其在諧振頻率上，這樣就能夠獲取最大的震動(dòng)幅度，此外，微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)還能夠保證振動(dòng)穩(wěn)定，從而保證整個(gè)微機(jī)械陀螺系統(tǒng)的工作穩(wěn)定。

開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是早期微機(jī)械陀螺采用的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，單純的采用恒定驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)陀螺，不外加控制，驅(qū)動(dòng)信號(hào)與諧振頻率一致，這樣就能夠達(dá)到最大震動(dòng)幅度，這種驅(qū)動(dòng)方式電路簡(jiǎn)單，但在驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中諧振頻率以及阻尼系數(shù)會(huì)受到環(huán)境影響，從而影響陀螺的穩(wěn)定性。

（2）微機(jī)械陀螺檢測(cè)技術(shù)。檢測(cè)技術(shù)主要指的是對(duì)微機(jī)械陀螺敏感的角速度信息的檢測(cè)，傳統(tǒng)的微機(jī)械檢測(cè)技術(shù)為開(kāi)環(huán)檢測(cè)技術(shù)，其有測(cè)試方便、實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，至今仍然有重要的應(yīng)用。但開(kāi)環(huán)檢測(cè)技術(shù)有明顯的局限性。首先，在開(kāi)環(huán)檢測(cè)的過(guò)程中，陀螺檢測(cè)模態(tài)也處于振動(dòng)的狀態(tài)，在振動(dòng)的過(guò)程中，產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)涵蓋了角速度信息，一旦諧振參數(shù)出現(xiàn)漂移，檢測(cè)模態(tài)振動(dòng)會(huì)受到影響，解調(diào)輸出結(jié)果也會(huì)受到影響，這就容易導(dǎo)致微機(jī)械陀螺檢測(cè)出現(xiàn)零偏的問(wèn)題，同時(shí)標(biāo)度因數(shù)受到環(huán)境的影響十分敏感，缺乏良好的抑制效果。此外，開(kāi)環(huán)檢測(cè)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)帶寬的調(diào)節(jié)，模態(tài)諧振頻率會(huì)對(duì)開(kāi)環(huán)帶寬產(chǎn)生影響，如果兩個(gè)模態(tài)諧振頻率之間的差值較小，開(kāi)環(huán)帶寬將會(huì)減小，這就限制了微機(jī)械陀螺的應(yīng)用范圍。

此外，還有一種力平衡檢測(cè)技術(shù)，這種檢測(cè)技術(shù)能夠克服開(kāi)環(huán)檢測(cè)的缺陷，但力平衡控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和非線(xiàn)性問(wèn)題還沒(méi)有解決，缺乏可靠、完整的分析手段，因此力平衡檢測(cè)技術(shù)缺乏科學(xué)的理論指導(dǎo)。

2　線(xiàn)性調(diào)諧微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)與檢測(cè)

（1）恒頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)。傳統(tǒng)的微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)技術(shù)有著一定的局限性，其需要對(duì)陀螺驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)改變，同時(shí)在速度檢測(cè)的過(guò)程中，檢測(cè)電路容易出現(xiàn)電學(xué)耦合的問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，提出恒頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)和抑制電學(xué)耦合設(shè)計(jì)。對(duì)于恒頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)來(lái)說(shuō)，當(dāng)微機(jī)械陀螺的器件出現(xiàn)諧振頻率漂移的現(xiàn)象，可以對(duì)外加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，以此來(lái)保證驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率與諧振頻率的一致性。微機(jī)械陀螺系統(tǒng)電路的工作一直處于恒定的、單一的頻率環(huán)境下，這就能夠有效避免微機(jī)械陀螺系統(tǒng)與頻率相關(guān)的模塊影響微機(jī)械陀螺系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性。在恒定頻率的條件下，微機(jī)械陀螺的驅(qū)動(dòng)速度和驅(qū)動(dòng)位移也能夠有效的保持穩(wěn)定。針對(duì)電學(xué)耦合的問(wèn)題，可以進(jìn)行去耦合設(shè)計(jì)，電學(xué)耦合的存在微機(jī)械陀螺變現(xiàn)為一個(gè)諧振峰值和一個(gè)反諧振峰值，通過(guò)去耦合設(shè)計(jì)能夠去

除反諧振防止，并消除其相位變化。

（2）解析分析檢測(cè)。傳統(tǒng)微機(jī)械陀螺平衡檢測(cè)技術(shù)有著一定的局限性，其缺乏理論分析，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以采用解析分析檢測(cè)，通過(guò)解析分析結(jié)果來(lái)對(duì)實(shí)際的微機(jī)械陀螺系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。主要對(duì)力平衡控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，在分析的過(guò)程中，其高度非線(xiàn)性是主要的分析難點(diǎn)，采用傳遞函數(shù)原理，通過(guò)合理的近似能夠得到微機(jī)械陀螺力平衡控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)解析式。微機(jī)械陀螺的模態(tài)匹配是一個(gè)特殊的工作狀態(tài)，但并不是普遍意義的工作狀態(tài)，通過(guò)對(duì)力平衡控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)解析式的等效化簡(jiǎn)處理，能夠?qū)⒛B(tài)匹配力平衡系統(tǒng)化簡(jiǎn)到二階的程度，在此基礎(chǔ)上，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微機(jī)械陀螺系統(tǒng)穩(wěn)定條件、帶寬以及暫態(tài)相應(yīng)的指標(biāo)的設(shè)計(jì)。

（3）基于線(xiàn)性調(diào)諧結(jié)構(gòu)的自動(dòng)匹配。就目前來(lái)看，現(xiàn)有的微機(jī)械陀螺自動(dòng)模態(tài)匹配技術(shù)有著耗時(shí)較長(zhǎng)的缺陷，應(yīng)用性較差，以先行調(diào)解為基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)模態(tài)初始自動(dòng)匹配的快速性，可以采取力平衡檢測(cè)陀螺模態(tài)匹配方案。在線(xiàn)性可控調(diào)諧的研究過(guò)程中，在對(duì)彈性系數(shù)調(diào)制的條件下，會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)放大效應(yīng)，在模態(tài)初始進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧的過(guò)程中，會(huì)經(jīng)常應(yīng)用政教誤差響應(yīng)幅度最大的特性，但是在應(yīng)用的過(guò)程中，消耗的時(shí)間較長(zhǎng)，為了縮短消耗時(shí)間，可以在模態(tài)匹配控制的過(guò)程中應(yīng)用正交誤差相位信息。在應(yīng)用力平衡微機(jī)械陀螺檢測(cè)系統(tǒng)中，當(dāng)微機(jī)械陀螺處于靜態(tài)的時(shí)候，通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)模態(tài)的振動(dòng)信息消失不見(jiàn)，在這樣的背景下，傳統(tǒng)的檢測(cè)方案難以實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)諧的有效控制，這就需要引入一個(gè)外加頻率信號(hào)，應(yīng)用微機(jī)械陀螺模態(tài)自動(dòng)匹配方案，保證檢測(cè)的實(shí)時(shí)性。在應(yīng)用的過(guò)程中，采用的調(diào)諧結(jié)構(gòu)屬于線(xiàn)性的，能夠進(jìn)行有效地控制，在此基礎(chǔ)上，在對(duì)微機(jī)械陀螺施加交流調(diào)諧電壓的過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)彈性系數(shù)的有效調(diào)制，在調(diào)制的過(guò)程中，交流電壓頻率和相位達(dá)到一定調(diào)制條件的時(shí)候，則微機(jī)械陀螺的振動(dòng)幅度能夠達(dá)到最大值，這就能夠有效保證微機(jī)械陀螺的驅(qū)動(dòng)效果。

3　結(jié)語(yǔ)

微機(jī)械陀螺有著體積小、耗能低、能夠批量化生產(chǎn)的特點(diǎn)，近年來(lái)，微機(jī)械陀螺呈現(xiàn)出高精度的發(fā)展趨勢(shì)，模態(tài)匹配等高新技術(shù)被廣泛采用，這就有效提升了微機(jī)械陀螺的檢測(cè)精度。但微機(jī)械陀螺傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)還存在著一定的局限性，文章對(duì)關(guān)于線(xiàn)性調(diào)諧微機(jī)械陀螺的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了分析和探索，旨在為相關(guān)微機(jī)械陀螺的研究提供參考。

Analysis of Linear Tuning Micro Mechanical Gyroscope Driving and Detecting Technology

GAO Wu
（Guizhou University of Engineering Science，Bijie，Guizhou 551700，China）

Micro mechanical gyroscope is a sensor can achieve the object rotational measurement information，micro mechanical gyro has a small volume，low energy consumption，to batch production characteristics，its application prospect is very extensive.Drive technology and testing technology is linear tuning of micro mechanical gyro's key technology.Driving technology can obtain maximum amplitude，and ensure the vibration stability and detection technology to angular velocity detection information.This article makes a brief analysis on the linear tuning of micro mechanical gyro drive and detection technology.

linear tuning；micro mechanical gyroscope；driving technology；detecting technology

TP212

A

2095-980X（2016）04-0021-01

2016-03-14

高武（1991-），男，湖北荊州人，大學(xué)本科，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。