[发明专利]一种MEMS陀螺模态匹配电压自动测试方法

说明书

本发明是一种MEMS陀螺模态匹配电压自动测试方法。包括如下步骤：步骤1、在MEMS陀螺驱动模态的驱动电极和驱动检测电极间加入驱动闭环控制回路，使得所述MEMS陀螺驱动模态在其谐振频率处振动，并保持指定的恒定幅度，获取此时的驱动位移电压信号V_DP；步骤2、将MEMS陀螺敏感模态检测电极连接前置读出电路，将陀螺敏感模态所产生的正交误差位移变化量经所述前置读出电路转换为电压变化量，获得陀螺敏感模态的正交误差电压信号V_sp；步骤3、通过调节输入至陀螺敏感模态的控制量V_T，使得所述驱动位移电压信号V_DP和所述正交误差电压信号V_sp的相位差为0，得到此时的控制量V_T为模态匹配电压。能够实时自动测试不同环境温度下的模态匹配电压。

技术领域

本发明涉及一种自动测试方法，特别是关于一种微机械(MEMS)陀螺模态匹配电压自动测试方法。

技术背景

MEMS陀螺是用微电子工艺加工的特征尺寸在微米量级的惯性器件，用于测量载体在惯性空间内的角运动信息，广泛应用于汽车、消费类电子等工业、民用领域以及战术导弹制导等军用领域。

MEMS陀螺由支撑梁和质量块组成，多采用静电驱动、电容检测的形式。MEMS陀螺包括两个模态：驱动模态和敏感模态。质量块在驱动力的作用下沿驱动轴方向做简谐振动，称为驱动模态；当沿着角速率输入方向(Z轴)存在角速度信号时，由哥氏效应产生的哥氏力使质量块在敏感轴方向产生振动，称为敏感模态。

通常，驱动模态谐振频率小于敏感模态谐振频率。当驱动模态谐振频率与敏感模态的相等时，即达到模态匹配时，陀螺的机械灵敏度达到最大，如果再进行真空封装达到较高的品质因数，可使陀螺的分辨率、噪声性能及零位漂移等得到明显的改善。

目前，MEMS陀螺模态匹配存在两种方法：第一种是采用物理修调，比如激光修调或者多晶硅沉淀来调节模态质量块的质量进而调节模态频率；第二种是采用电学调节产生静电负刚度调节模态刚度进而调节模态频率。第一种方法需要精密修调设备，成本较高，对修调人员的修调水平要求较高，修调过程时间较长，效率不高，成本也过高。第二种方法由于采用电学调节，使用适当控制电路就能完成模态匹配，能够去除环境变化对测试的影响，简单实用。在电学调节方法中，模态匹配电压十分关键，必须首先测试出模态匹配电压才能进行模态匹配操作。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提供一种用于MEMS陀螺模态匹配电压自动测试方法，能够实时自动测试不同温度条件下的模态电压，缩短测试时间，显著提高测试效率。

技术方案

本发明是一种MEMS陀螺模态匹配电压自动测试方法，所述MEMS陀螺包含两个模态，即驱动模态和敏感模态，且敏感模态谐振频率高于驱动模态谐振频率；所述驱动模态包括驱动电极和驱动检测电极；所述敏感模态包括敏感检测电极和调谐电极；所述模态匹配电压为当陀螺驱动模态和敏感模态谐振频率相等时加在调谐电极上的电压；

其中，包括如下步骤：

步骤1、在MEMS陀螺驱动模态的驱动电极和驱动检测电极间加入驱动闭环控制回路，使得所述MEMS陀螺驱动模态在其谐振频率处振动，并保持指定的恒定幅度，获取此时的驱动位移电压信号V_DP；

步骤2、将MEMS陀螺敏感模态检测电极连接前置读出电路，将陀螺敏感模态所产生的正交误差位移变化量经所述前置读出电路转换为电压变化量，获得陀螺敏感模态的正交误差电压信号V_sp；

步骤3、通过调节输入至陀螺敏感模态的控制量V_T，使得所述驱动位移电压信号V_DP和所述正交误差电压信号V_sp的相位差为0，得到此时的控制量V_T为模态匹配电压。