[发明专利]微机电陀螺仪和补偿微机电陀螺仪中的输出热漂移的方法

说明书

本公开的实施例涉及微机电陀螺仪和补偿微机电陀螺仪中的输出热漂移的方法。微机电陀螺仪包括：支撑结构；感测质量块，其以沿着驱动方向和感测方向的自由度被耦合至支撑结构，驱动方向和感测方向彼此垂直；以及校准结构，其面向感测质量块并且通过具有平均宽度的间隙而与感测质量块分离，校准结构相对于感测质量块可移动，使得校准结构的位移引起间隙平均宽度的变化。校准致动器控制校准结构相对于感测质量块的相对位置以及间隙的平均宽度。

技术领域

本公开涉及微机电陀螺仪以及用于补偿微机电陀螺仪中的输出热漂移的方法。

背景技术

众所周知，在微机电陀螺仪中，零率输出(ZRO)的稳定性是性能质量的关键参数，并且可能对非常高的精度至关重要。

正交误差是决定微机电陀螺仪的零率输出(ZRO)范围的主要因素之一。简而言之，正交误差由影响输出信号的缺陷引起。简言之，微机电陀螺仪包括：驱动质量块，其受限于支撑结构，以根据驱动方向来以(至少)一个自由度振荡；以及感测质量块，其受限于驱动质量块，以沿驱动方向拖动并且根据与驱动方向垂直的感测方向以(至少)一个自由度相对于驱动质量块振荡。当支撑结构围绕与驱动方向和感测方向垂直的旋转轴旋转时，根据角速度和驱动方向上的速度，由于拖动，感测质量块在感测方向上受到虚力。由虚力引起的感测质量块的位移被转换为与相对于旋转轴的角速度成比例的电信号。根据其他已知的解决方案，单个可移动质量受限于支撑结构并且可以沿着驱动方向以一定自由度、并且沿着感测方向以一定自由度振荡。因此，质量同时作为驱动质量块和感测质量块。

由于与支撑结构与一个或多个可移动质量之间的连接元件的制造相关的不可避免的缺陷，驱动方向与感测方向不完全垂直。结果是由相同的驱动运动引起的感测方向上的位移，并导致正交噪声信号分量，该分量相对于有用信号相移90°。即使陀螺仪处于静止状态，该分量也会存在，并且会导致输出信号出现偏移。寿命期间偏移的振幅和稳定性是新一代陀螺仪的关键参数。

通过相位对温度的相关性，正交误差也是对零率输出稳定性影响最大的因素之一。

为了减少零率输出的漂移，已知采取了一些措施，但由于若干原因，这些措施并不完全令人满意。

第一已知解决方案是所谓的系列补偿。实际上，在统计基础上确定的相同校正被应用于一个系列的所有陀螺仪。基于为系列估计的正交和所测量的温度，以数字方式对输出执行校正。虽然因为它便宜，所以有吸引力，但是因为它不是个性化的，所以解决方案并不是特别准确。因此，偏离被用作确定系列补偿的基础的设备参数的设备的参数示出了输出的残余漂移。

更准确的解决方案是单独校准陀螺仪，从而确定特定校正并以数字方式应用于每个设备。校准的准确度明显更高，但过程昂贵且耗时极长。

根据另一已知解决方案，闭环动态补偿被执行。陀螺仪被提供有：电极和感测电路，其被配置为连续地或通过样本来感测实际偏移；并且被提供有闭环补偿电路，其根据所感测的偏移来确定补偿信号并且将补偿信号施加到输出信号。该解决方案可能非常准确，它能够使得补偿适配于陀螺仪的实际情况，并且对设备使用寿命期间发生的漂移也有效。然而，所使用的补偿电路具有复杂的架构，并且除了在生产成本方面昂贵之外，在能量消耗方面也是昂贵的，能量消耗是另一基本参数。

发明内容

本公开旨在提供允许克服或至少减轻上述限制的微机电陀螺仪以及用于补偿微机电陀螺仪中的输出热漂移的方法。

根据本公开，提供了微机电陀螺仪和用于补偿微机电陀螺仪中的输出热漂移的方法。

在至少一个实施例中，微机电陀螺仪包括支撑结构。感测质量块以沿驱动方向和感测方向的自由度被耦合到支撑结构，驱动方向与感测方向彼此横向或垂直。校准结构面向感测质量块并且通过具有平均宽度的间隙而与感测质量块分离，校准结构相对于感测质量块可移动，使得校准结构的位移引起间隙平均宽度的变化。校准致动器被配置为控制校准结构相对于感测质量块的相对位置和间隙的平均宽度。