石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)及控制方法，包括計算機控制模塊、DDS驅動電路模塊、石英壓電陀螺儀模塊和檢測電路模塊，計算機控制模塊為DDS驅動電路模塊進行對驅動信號波形、幅值、頻率、相位的設定；DDS驅動電路模塊為石英壓電陀螺儀模塊提供所需的四相位驅動信號或作為石英壓電陀螺儀模塊的激勵源，同時為檢測電路模塊提供參考信號；石英壓電陀螺儀模塊在DDS驅動電路模塊所給的信號下被激振或被驅動，并產(chǎn)生檢測信號；檢測電路模塊對產(chǎn)生的檢測信號進行處理。本發(fā)明通過DDS驅動電路為石英壓電陀螺儀提供四相位的、穩(wěn)定、可控、精確、有效的驅動信號，并為石英壓電陀螺儀的檢測電路提供高質量的參考信號。
【專利說明】石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)及控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)【技術領域】，具體地，涉及一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術】
[0002]微機械電子系統(tǒng)(MEMS)主要包括微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應的處理電路等幾部分。MEMS利用各種加工工藝，尤其是微細加工技術，在電子通信以及微電子技領域最新成果的基礎上，逐漸成為了高科技前沿學科。微陀螺儀是慣性系統(tǒng)的核心器件，在微機械電子系統(tǒng)中占有重要地位，在航天航空、海上導航、軍用制導和其他民用領域等都有著廣泛的應用。
[0003]而石英壓電陀螺儀采用壓電材料作為主體部件，采用MEMS加工工藝和技術，具有價格低、體積小、結構簡單、可靠性高、抗沖擊能力強和便于量產(chǎn)的特性，在軍用導航、航空航天、制導技術以及民用消費電子等領域等具有廣泛的應用前景。這種陀螺利用柯氏效應和壓電效應，在極化方向上獲得外界相應方向上輸入的角速度對應的電信號，通過檢測電信號的幅值和頻率，反映出外加角速度的信號。
[0004]而石英壓電陀螺儀的驅動環(huán)節(jié)是它本身工作的重要環(huán)節(jié)，關系到陀螺檢測環(huán)節(jié)是否能正常起效。經(jīng)對一些文獻進行檢索，日本東京精工愛普生株式會社的小倉誠一郎和小林祥宏在2005年申請的專利“壓電陀螺元件和壓電陀螺儀”，專利中提到:在石英壓電陀螺儀的四個驅動電極上施加4組不同相位的驅動電流，可使壓電振動體振動，并給出了基本的電路框圖。驅動電路分為:振蕩/驅動電路、自動增益控制(automatic gaincontrol, AGC電路)、相移電路、同步檢波電路、振幅檢測電路；但是，專利中只給出了驅動電路的組成結構，并且沒有給出具體的實施方案，對各個模塊也沒有細化的實施方式；另一方面，專利中給出的驅動方式為模擬電路式的驅動方式，并沒有提及數(shù)字式的驅動方式。
[0005]在實際中，為了保證石英壓電陀螺儀在檢測環(huán)節(jié)的檢測水平，需要提高驅動信號在波形、幅值、頻率、相位上的精度，陀螺輸入信號要求波形、幅值穩(wěn)定、頻率同陀螺諧振模態(tài)時刻共振、相位滿足一定的要求。以上要求的實現(xiàn)對于模擬電路來說是有一定難度的，這是一個技術難題，對整體電路提出了較高的要求。而如果采用DDS (Direct DigitalSynthesizer,簡稱DDS,直接數(shù)字合成)驅動方式則可以較為簡單地實現(xiàn)上述要求。另一方面，為了滿足特定石英壓電陀螺儀的驅動要求，需要采用四相位信號進行驅動，這也是目前并未被提及，而能通過DDS驅動方式達到的。

【發(fā)明內容】

[0006]針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)及控制方法，能夠根據(jù)對陀螺的測試設定所需信號的波形、幅值、頻率、相位，具有快速響應、設置簡單、信號精確的特點。
[0007]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術方案:[0008]本發(fā)明的一個目的是提供一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)，包括計算機控制模塊、DDS驅動電路模塊、石英壓電陀螺儀模塊和檢測電路模塊，其中:
[0009]計算機控制模塊利用軟件對DDS驅動電路模塊所需的信號波形、幅值、頻率、相位進行設定和調整，并通過通信接口與DDS驅動電路模塊進行連接和信號傳輸；
[0010]DDS驅動電路模塊為石英壓電陀螺儀模塊提供四相位、高質量的驅動信號，使石英壓電陀螺儀模塊在給定波形、幅值、頻率、相位的驅動信號下正常工作，并為檢測電路模塊提供聞質量的參考"[目號；
[0011]石英壓電陀螺儀模塊在DDS驅動電路模塊所給的信號下被激振或被驅動，并通過檢測電極產(chǎn)生檢測信號；
[0012]檢測電路模塊對石英壓電陀螺儀模塊產(chǎn)生的檢測信號進行采集、處理和輸出，在處理過程中同時應用DDS驅動電路模塊所產(chǎn)生的信號。
[0013]優(yōu)選地，所述計算機控制模塊通過使用與DDS驅動電路模塊中的數(shù)字芯片相配套的軟件，對含數(shù)字芯片的開發(fā)板進行控制，設定數(shù)字芯片所發(fā)出信號的波形、幅值、頻率及相位。
[0014]優(yōu)選地，所述DDS驅動電路模塊產(chǎn)生四路幅值、頻率可控，相位可調的正弦信號，對石英壓電陀螺儀模塊進行驅動，其中:信號的幅值和頻率通過對石英壓電陀螺儀模塊的測試，可根據(jù)需要通過計算機控制模塊進行設定；信號的相位差和波形可通過計算機控制模塊傳輸給DDS驅動電路模塊的信號進行控制。
[0015]優(yōu)選地，所述DDS驅動電路模塊是通過數(shù)字芯片和外部電路所結合形成的DDS系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過接口接收由計算機控制模塊產(chǎn)生的控制字，經(jīng)過電路控制數(shù)字芯片的工作電壓、時鐘等工作條件，并對其串行通信數(shù)據(jù)口進行控制，將控制字寫入數(shù)字芯片，對數(shù)字芯片進行控制并按照設定產(chǎn)生四路波形、幅值、頻率、相位符合需要的信號，信號經(jīng)數(shù)字芯片內部或外部的DAC處理后通過外部電路提供的接口輸出。
[0016]優(yōu)選地，所述DDS驅動電路模塊還可以作為所述石英壓電陀螺儀模塊的激勵源，其中:所述DDS驅動電路模塊產(chǎn)生的激勵為一串間隔可控、寬度可調的脈沖信號，使石英壓電陀螺儀模塊產(chǎn)生自激振蕩，并在此條件下檢測石英壓電陀螺儀模塊的諧振點。
[0017]本發(fā)明的在一目的是提供一種采用上述系統(tǒng)實現(xiàn)的石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制方法，具體步驟如下:
[0018]第一步，通過計算機控制模塊設定DDS驅動電路模塊對石英壓電陀螺儀模塊發(fā)出一串間隔可控、寬度可調的脈沖信號對陀螺進行激勵，利用陀螺的自激振蕩可以從陀螺的檢測電路中測得陀螺的諧振頻率；
[0019]第二步，得到陀螺的諧振頻率后，再次設定計算機控制模塊的各項參數(shù)，控制DDS驅動電路模塊產(chǎn)生四路波形為正弦波、幅值滿足驅動要求、頻率為陀螺諧振頻率、相位互差90度的符合需要的信號，輸入陀螺的驅動電極對陀螺進行有效地驅動，并在陀螺的檢測電極上得到高水平的檢測信號；
[0020]第三步，而后在檢測電路模塊中利用得到的檢測信號和DDS驅動電路模塊所產(chǎn)生的四路驅動信號中的某幾路信號，便可以簡單地得到需要的輸出信號，從而實現(xiàn)利用電路協(xié)助石英壓電陀螺儀模塊的角速度檢測。
[0021]本發(fā)明中，DDS驅動電路采用的是以數(shù)字芯片為核心的開發(fā)板，功能是產(chǎn)生四相位驅動信號、脈沖發(fā)生等。采用DDS驅動使得輸出信號頻率分辨率高、輸出頻點多、可達2的N次方個頻點(N為相位累加器位數(shù))；頻率切換速度快,可達us量級；頻率切換時相位連續(xù)；可以輸出寬帶正交信號；輸出相位噪聲低，對參考頻率源的相位噪聲有改善作用并可以產(chǎn)生任意波形。DDS驅動為全數(shù)字化實現(xiàn)、便于集成、體積小、重量輕。所述DDS驅動電路模塊產(chǎn)生的四路驅動信號不僅具有上述DDS驅動所帶來的優(yōu)點，還能有效針對四相位驅動的石英壓電陀螺模塊進行驅動；并且所述DDS驅動電路模塊可以產(chǎn)生一串間隔可控、寬度可調的脈沖信號，從而有效地使所述石英壓電陀螺儀模塊產(chǎn)生自激振蕩，能夠用于測試陀螺的諧振點；另一方面，由于所述石英壓電陀螺儀模塊的檢測電路中存在解調環(huán)節(jié)，需要用到與陀螺與驅動信號波形、頻率相同、相位相同或相差一定相位的參考信號，此信號也可以從所述DDS驅動電路模塊所產(chǎn)生的某驅動信號上直接得到，從而減少檢測電路中不必要的芯片和電路，并提高信號在波形、相位、噪聲上的質量。
[0022]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0023]本發(fā)明能夠通過DDS驅動電路為特定石英壓電陀螺儀提供穩(wěn)定且高效的四相位驅動信號，信號的頻率偏差與設定值可保持在0.1Hz以內，四組信號的相位偏差與設定值可保持在0.1°以內，使陀螺輸入信號在波形和幅值的穩(wěn)定、頻率同陀螺諧振模態(tài)保持共振、相位時刻保持一定的差上滿足一定的要求，并為石英壓電陀螺儀的檢測電路提供高質量的參考信號，可以以此保證石英壓電陀螺儀在檢測環(huán)節(jié)的檢測水平。另外，DDS驅動電路還可以作為石英壓電陀螺儀的激勵源；本發(fā)明提出的方法簡單有效，實用易行，并且使得輸出信號頻率分辨率高、輸出頻點多、頻率切換速度快、頻率切換時相位連續(xù)、輸出相位噪聲低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0025]圖1為本發(fā)明一實施例石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)的原理圖；
[0026]圖2為本發(fā)明一實施例DDS驅動電路芯片原理圖；
[0027]圖3為本發(fā)明一實施例石英壓電陀螺儀結構示意圖。
[0028]圖中:1為石英壓電陀螺儀模塊，2為石英壓電陀螺儀的壓電振動體，3為石英壓電陀螺儀的基部，21為石英壓電陀螺儀壓電振動體第一側面，22為石英壓電陀螺儀壓電振動體第二側面，4A為在壓電振動體第一側面上形成的第一驅動電極，4B、4C、4D為在壓電振動體第二側面上形成在寬度方向上分離的第二、第三、第四驅動電極，5A為在壓電振動體第一側面上形成的第一檢測電極，5B為在壓電振動體第二側面上形成的第二檢測電極。
【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0030]如圖1所示，本實施例提供一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)，包括計算機控制模塊、DDS驅動電路模塊、石英壓電陀螺儀模塊和檢測電路模塊，其中:計算機控制模塊為DDS驅動電路模塊進行對驅動信號波形、幅值、頻率、相位的設定；DDS驅動電路模塊為石英壓電陀螺儀模塊提供所需要的波形、幅值、頻率、相位可變的四相位驅動信號或作為石英壓電陀螺儀模塊的激勵源，同時為檢測電路模塊提供參考信號；石英壓電陀螺儀模塊在DDS驅動電路模塊所給的信號下被激振或被驅動，正常工作時通過檢測電極產(chǎn)生檢測信號；檢測電路模塊對石英壓電陀螺儀模塊產(chǎn)生的信號進行處理。
[0031 ] 所述計算機控制模塊通過使用DDS開發(fā)板生產(chǎn)廠家提供的與DDS驅動電路模塊中的核心芯片相配套的軟件，對含核心芯片的開發(fā)板進行控制，設定開發(fā)板中核心芯片所發(fā)出信號的波形、幅值、頻率及相位。
[0032]如圖2所示，為本發(fā)明一實施例DDS驅動電路模塊的芯片原理圖，本實施例中，DDS芯片中主要包括頻率控制寄存器、高速相位累加器和正弦計算器三個部分，其中:頻率控制寄存器以串行或并行的方式裝載并寄存用戶輸入的頻率控制碼；高速相位累加器根據(jù)DDS頻率控制碼在每個時鐘周期內進行相位累加，得到一個相位值；正弦計算器對該相位值計算數(shù)字化正弦波幅度(芯片一般通過查表得到)；DDS芯片輸出的一般是數(shù)字化的正弦波，因此還需經(jīng)過高速D/A轉換器和低通濾波器才能得到一個可用的模擬頻率信號；另外，有些DDS芯片還具有調幅、調頻和調相等調制功能及片內D/A變換器。
[0033]DDS驅動電路模塊的分類主要由以下兩種:
[0034]一、任意波形發(fā)生器(AWG)
[0035]任意波形發(fā)生器通常提供較深的存儲器，較大的動態(tài)范圍以及較寬的帶寬，來滿足各式各樣的應用，包括通信、半導體和系統(tǒng)測試。AWG接收來自計算機的用戶自定義數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)來生成任意波形。AWG用戶可以將想要產(chǎn)生的一系列波形下載到儀器所帶的存儲器中。通常，可以存儲實際的波形和形成這些波形所需的波形序列指令。要從AWG上產(chǎn)生一種波形，必須先創(chuàng)建任意波形本身。像模擬波形編輯器，調制工具，以及國家儀器公司(NI)的LabVIEW這類的軟件工具都能夠簡化這些波形的創(chuàng)建。這些波形和其波形序列指令都存在儀器所帶的RAM中。波形生成序列通常從TTL硬件觸發(fā)器開始。各種波形由許多單個的樣本構成，而生成采樣率由儀器的采樣時鐘確定。從內部采樣時鐘時基(100MHzVCX0)中導出采樣時鐘有幾種不同模式，包括DDS定時Div/N時鐘，以及幾種提供不同外部時鐘的模式。另外，對于用于儀器的鎖相環(huán)的頻率基準，也有幾種不同的選擇。波形通過存儲器到數(shù)模轉換器(DAC)，數(shù)模轉換器將數(shù)字采樣樣本轉換成所需的模擬輸出波形。在DAC之前，樣本被數(shù)字濾波，而經(jīng)過DAC之后，模擬輸出又通過一個模擬濾波器。這些數(shù)字和模擬濾波器通過插值來增加采樣率，并通過諧波低通濾波器濾除寄生信號，從而極大地改進了信號的質量。通常，這些濾波器都能夠軟件編程。AWG允許用戶規(guī)定波形片斷，并通過重復來構建復雜波形。由于AWG將波形存儲在自身存儲器中，故波形長度受限。波形循環(huán)幫助產(chǎn)生具有多次重復的子段的信號。對波形段進行循環(huán)改善了存儲效率，并增加了波形的持續(xù)時間。AWG還可以規(guī)定波形中不同的級，每級都可以包括不同的波形段和不同的循環(huán)次數(shù)。AWG依次產(chǎn)生每一個定義的波形段。通過組合先后順序和循環(huán)次數(shù)，就能夠利用很小的存儲器容量來構建非常復雜的波形。AWG可以為每段指定不同的波形片段，不過不同段之間的過渡點上的相位不一定是連續(xù)的。
[0036]二、函數(shù)發(fā)生器[0037]函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生固定波形，如正弦波、方波(矩形波)階梯波或三角波(鋸齒波)，頻率可調節(jié)。函數(shù)發(fā)生器無需來自計算機或大容量存儲緩沖器的連續(xù)輸入，因為設備本身能夠產(chǎn)生這些波形。函數(shù)發(fā)生器可以基于模擬技術，也可以基于數(shù)字技術。模擬函數(shù)發(fā)生器利用模擬硬件來產(chǎn)生簡單的函數(shù)，并在需要指定頻率的靜態(tài)正弦波或方波時經(jīng)常使用。而數(shù)字函數(shù)發(fā)生器采用直接數(shù)字綜合(DDS)，DAC，數(shù)字信號處理，以及一個單周期存儲緩沖器來產(chǎn)生信號。DDS技術依賴數(shù)字控制的方法，利用單基準時鐘頻率來實現(xiàn)一個模擬頻率源。DDS能夠實現(xiàn)高精度和高分辨率，高溫度穩(wěn)定度，高寬帶，以及隨機的和相位連續(xù)的頻率切換。許多信號源通過對一個內部時基進行整數(shù)分頻來產(chǎn)生時鐘信號，這被稱為除N方法。但是，用除N方法來產(chǎn)生時鐘，只能產(chǎn)生有限的時鐘頻率。AWG，甚至幾個時鐘頻率產(chǎn)生器，可以采用DDS技術來產(chǎn)生具有非常精細的更新頻率時鐘信號，而這是除N方法無法實現(xiàn)的。一個完整周期的函數(shù)波形被存儲在存儲器查找表中。相位累加器跟蹤輸出函數(shù)的電流相位。為了輸出一個非常低的頻率，采樣樣本之間的差相位(A)將非常小。例如，一個很慢的正弦波可能將有I度的△相位。則波形的0號采樣樣本采得0度時刻的正弦波的幅度，而波形的I號采樣將采得I度時刻的正弦波的幅度，依次類推。經(jīng)過360次采樣后，將輸出正弦曲線的全部360度，或者確切地說是一個周期。一個較快的正弦波可能會有10度的A相位。于是，36次采樣就會輸出正弦波的一個周期。如果采樣率保持恒定，上述較慢的正弦波的頻率將比較快的正弦波慢10倍。進一步說，一個恒定的A相位必將導致一個恒定正弦波頻率的輸出。但是，DDS技術允許通過一個頻率表迅速地改變信號的A相位。函數(shù)發(fā)生器能夠指定一個頻率表，該表包括由波形頻率和持續(xù)時間信息組成的各個段。函數(shù)發(fā)生器按順序產(chǎn)生每個定義的頻率段。通過生成一個頻率表,可以構建復雜的頻率掃描信號和頻率跳變信號。DDS允許函數(shù)發(fā)生器的相位從一級到另一級連續(xù)變化。矢量信號發(fā)生器提供高靈活度和強大的解決方案，可用于科學研究，通信，消費電子，宇航/國防，半導體測試以及一些新興領域，如軟件無線電，無線電頻率識別(RFID)，以及無線傳感網(wǎng)絡等。有些公司還提供許多其他利用DAC來產(chǎn)生模擬信號的模擬輸出產(chǎn)品。模擬輸出板的基本架構是，將一個小型的FIFO存儲器連接到一個DAC上。絕大部分的模擬輸出板被用來產(chǎn)生靜態(tài)電壓，而且許多可以被用來產(chǎn)生低頻波形。
[0038]如圖3所示為本實施例所用的石英壓電陀螺儀模塊結構示意圖(可參見申請?zhí)枮?00510131905.3的發(fā)明專利)，其結構包括:石英壓電陀螺儀1，石英壓電陀螺儀的壓電振動體2，石英壓電陀螺儀的基部3，在壓電振動體2第一側面上形成的第一驅動電極4A，在壓電振動體2第二側面上形成在寬度方向上分離的第二驅動電極4B、第三驅動電極4C、第四驅動電極4D，在壓電振動體2第一側面上形成的第一檢測電極5A和在壓電振動體2第二側面上形成的第二檢測電極5B ;其中:
[0039]本實施例所述石英壓電陀螺儀的壓電振動體2為一截面呈正方形的棱柱體，所述石英壓電陀螺儀的基部3在所述石英壓電陀螺儀的壓電振動體2的一端設置；在使用時，石英壓電陀螺儀I在所述石英壓電陀螺儀的基部3固定，而使所述石英壓電陀螺儀的壓電振動體2作為自由端保持可振動狀態(tài)
[0040]本實施例提供一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)針對石英壓電陀螺儀的測試控制方法:先通過計算機控制模塊開始為DDS驅動電路模塊設定驅動信號波形、幅值、頻率、相位，隨后DDS驅動電路模塊對石英壓電陀螺儀模塊發(fā)出一串間隔可控、寬度可調的脈沖信號對陀螺進行激勵，利用陀螺的自激振蕩可以從陀螺的檢測電路模塊中測得陀螺的諧振頻率。得到陀螺的諧振頻率后，再次設定計算機控制模塊的各項參數(shù)，控制DDS驅動電路模塊產(chǎn)生四路波形為正弦波、幅值滿足驅動要求、頻率為陀螺諧振頻率、相位互差90度的符合需要的信號，輸入陀螺的驅動電極對陀螺進行有效地驅動，并在陀螺的檢測電極上得到高水平的檢測信號。而后，在檢測電路模塊中利用得到的檢測信號和DDS驅動電路模塊所產(chǎn)生的四路驅動信號中的某幾路信號，便可以較為簡單地得到需要的輸出信號，從而實現(xiàn)利用電路協(xié)助石英壓電陀螺儀模塊的角速度檢測。
[0041]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內容。
【權利要求】
1.一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)，其特征在于，包括計算機控制模塊、DDS驅動電路模塊、石英壓電陀螺儀模塊和檢測電路模塊，其中: 計算機控制模塊利用軟件對DDS驅動電路模塊所需的信號波形、幅值、頻率、相位進行設定和調整，并通過通信接口與DDS驅動電路模塊進行連接和信號傳輸； DDS驅動電路模塊為石英壓電陀螺儀模塊提供四相位、高質量的驅動信號，使石英壓電陀螺儀模塊在給定波形、幅值、頻率、相位的驅動信號下正常工作，并為檢測電路模塊提供參考信號； 石英壓電陀螺儀模塊在DDS驅動電路模塊所給的信號下被激振或被驅動，并通過檢測電極產(chǎn)生檢測信號； 檢測電路模塊對石英壓電陀螺儀模塊產(chǎn)生的檢測信號進行采集、處理和輸出，在處理過程中同時應用DDS驅動電路模塊所產(chǎn)生的信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述DDS驅動電路模塊產(chǎn)生四路幅值、頻率可控，相位可調的正弦信號，對石英壓電陀螺儀模塊進行驅動，其中:信號的幅值和頻率通過對石英壓電陀螺儀模塊的測試，根據(jù)需要通過計算機控制模塊進行設定；信號的相位差和波形通過計算機控制模塊傳輸給DDS驅動電路模塊的信號進行控制。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述DDS驅動電路模塊是通過數(shù)字芯片和外部電路所結合形成的DDS系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過通信接口接收由計算機控制模塊產(chǎn)生的信號，經(jīng)過電路處理后進入數(shù)字芯片，對數(shù)字芯片進行控制并按照設定產(chǎn)生四路波形、幅值、頻率、相位符合需要的信號，信號經(jīng)處理后通過外部電路提供的接口輸出。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字芯片包括頻率控制寄存器、高速相位累加器和正弦計算器三個部分，其中:頻率控制寄存器以串行或并行的方式裝載并寄存用戶輸入的頻率控制碼；高速相位累加器根據(jù)DDS頻率控制碼在每個時鐘周期內進行相位累加，得到一個相位值；正弦計算器對該相位值計算數(shù)字化正弦波幅度。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述計算機控制模塊通過使用與DDS驅動電路模塊中的數(shù)字芯片相配套的軟件，對含數(shù)字芯片的開發(fā)板進行控制，設定數(shù)字芯片所發(fā)出信號的波形、幅值、頻率及相位。
6.根據(jù)權利要求1-5 任一項所述的一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述石英壓電陀螺儀模塊包括陀螺、陀螺固定框架和陀螺電路接口，其中:陀螺作為被測試元件設置于陀螺固定框架的中心，并與陀螺電路接口相連；陀螺固定框架將上述結構固定好后，陀螺同DDS驅動電路模塊相連。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述陀螺包括中心的壓電振動體、在壓電振動體側面上分布的第一、第二、第三、第四驅動電極和在壓電振動體側面上分布的若干個檢測電極，通過DDS驅動電路模塊帶相位差地向各驅動電極施加驅動電流，使壓電振動體振動。
8.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的一種石英壓電陀螺儀的開環(huán)驅動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述DDS驅動電路模塊同時作為所述石英壓電陀螺儀模塊的激勵源，其中:所述DDS驅動電路模塊產(chǎn)生的激勵為一串間隔可控、寬度可調的脈沖信號，使石英壓電陀螺儀模塊產(chǎn)生自激振蕩，并在此條件下檢測石英壓電陀螺儀模塊的諧振點。
9.一種采用權利要求1所述開環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)的石英壓電陀螺儀的開環(huán)控制方法，其特征在于具體步驟如下: 第一步，通過計算機控制模塊設定DDS驅動電路模塊對石英壓電陀螺儀模塊發(fā)出一串間隔可控、寬度可調的脈沖信號對陀螺進行激勵，利用陀螺的自激振蕩可以從陀螺的檢測電路中測得陀螺的諧振頻率； 第二步，得到陀螺的諧振頻率后，再次設定計算機控制模塊的各項參數(shù)，控制DDS驅動電路模塊產(chǎn)生四路波形為正弦波、幅值滿足驅動要求、頻率為陀螺諧振頻率、相位互差90度的符合需要的信號，輸入陀螺的驅動電極對陀螺進行有效地驅動，并在陀螺的檢測電極上得到高水平的檢測信號； 第三步，而后在檢測電路模塊中利用得到的檢測信號和DDS驅動電路模塊所產(chǎn)生的四路驅動信號中的某幾路信號，便簡單地得到需要的輸出信號，從而實現(xiàn)利用電路協(xié)助石英壓電陀螺儀模塊的角速度檢測。
【文檔編號】G01C19/5776GK103644902SQ201310615814
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權日:2013年11月26日
【發(fā)明者】張衛(wèi)平, 汪濙海, 張弓, 孫殿竣, 成宇翔, 唐健, 許仲興, 陳文元, 劉亞東 申請人:上海交通大學