微機(jī)械陀螺具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。在軍事上，它可用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和智能炸彈的制導(dǎo)、微型衛(wèi)星和無人機(jī)等的姿態(tài)控制。在民用方面，它可用于汽車的自動駕駛和安全防護(hù)系統(tǒng)以及工業(yè)機(jī)器人、大地測量、石油鉆探、礦山開采、隧道工程、海洋開發(fā)等的定位定向系統(tǒng)。陀螺發(fā)展至今，人們已經(jīng)研制出多種不同形式的陀螺，有轉(zhuǎn)子式陀螺、光學(xué)陀螺和振動式陀螺等。微機(jī)械陀螺從形式上屬于振動式陀螺，它是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)來制作的。在加工方法以及器件特性等方面，微機(jī)械陀螺都有別于轉(zhuǎn)子式陀螺和光學(xué)陀螺等，它主要應(yīng)用于對測量精度要求不高的場合。

一、陀螺接口電路工作原理

（一）陀螺驅(qū)動電路的工作原理

本文所討論的陀螺采用電磁驅(qū)動，其原理是在陀螺周圍設(shè)置一條由一塊具有很強(qiáng)磁性的永久磁鐵構(gòu)成的磁路，這一磁路在垂直于陀螺驅(qū)動振動方向產(chǎn)生一個穩(wěn)定的靜磁場，在驅(qū)動質(zhì)量塊振動的一個小的區(qū)域，這一磁場可以認(rèn)為是均勻的。在驅(qū)動質(zhì)量塊上采用蒸鋁的辦法制作一條驅(qū)動導(dǎo)線，那么當(dāng)在驅(qū)動導(dǎo)線上加一個驅(qū)動電流時，驅(qū)動導(dǎo)線將會受到洛倫茲力的作用。由于驅(qū)動導(dǎo)線是采用蒸鋁的方法在驅(qū)動質(zhì)量塊上制作的，所以驅(qū)動導(dǎo)線和驅(qū)動質(zhì)量塊是一體的。下圖為驅(qū)動電路工作原理圖

（二）陀螺檢測電路的工作原理

本文所討論的陀螺的檢測方式為電容檢測。電容檢測方法有很多種，比如開關(guān)電容檢測法、充放電流法、電容頻率轉(zhuǎn)換方法、電容相位檢測方法、D-S法、A-D轉(zhuǎn)換法、PWM法等等；由于陀螺檢測電容的一些特殊性質(zhì)，首先需要測量的是簡諧變化電容的幅度，并且這個幅度很小，電容變化的幅度大約是靜態(tài)電容的幾千分之一，靜態(tài)時檢測電容的大小大約為5 pF，需要檢測的電容幅度大約為10aF，這么微小的電容變化用以上的方法很難實(shí)現(xiàn)；而且，由于陀螺驅(qū)動信號對檢測電極的耦合，耦合的信號與檢測電容變化的頻率相同，兩個信號難以區(qū)分。所以，在檢測電容的電路中采用了載波調(diào)制方法測量電容，把電容的變化轉(zhuǎn)化成高頻信號的幅度變化；這種方法可以去除陀螺驅(qū)動信號對檢測電極耦合的低頻信號，而且通過對高頻信號的同步檢波可以檢測微小電容變化。我們在檢測電容極板上加了1MHz的載波對信號進(jìn)行幅度調(diào)制，在用積分器檢出信號并經(jīng)過放大和濾波以后，采用同步解調(diào)的方法對1MHz的載波進(jìn)行卸載。由于角速度信號經(jīng)過了驅(qū)動速度的調(diào)制，所以在卸載了1MHz載波以后，還需要再經(jīng)過一次同步解調(diào)才能得到角速度信號。另外，為了提高陀螺的工作帶寬和線性度，檢測電路采用力平衡方式，這就需要將卸載了1MHz載波以后的信號經(jīng)過移相以后反饋到電容極板上。

二、關(guān)鍵器件選用

在陀螺接口電路中，需要用到一些關(guān)鍵器件，這些器件的正確使用對提高接口電路的性能至關(guān)重要，下面介紹幾個主要的器件。

（一）波形發(fā)生器

在驅(qū)動電路中，需要發(fā)生一個與驅(qū)動模態(tài)的固有頻率（2kHz）相同的信號來驅(qū)動質(zhì)量塊；在檢測電路中，需要發(fā)生一個1MHz的載波信號。這就需要用到波形發(fā)生電路。單片集成的波形發(fā)生電路有ICL8038、MAX038等，其中MAX038具有比較優(yōu)越的性能，因此我們選用了這一器件作為波形發(fā)生器。

（二）可調(diào)增益放大器

在驅(qū)動電路中，為了維持質(zhì)量塊的穩(wěn)幅振動，需要通過速度反饋電壓來控制驅(qū)動電流的大小，我們采用AD603來完成這一工作。AD603是一個高精度的可控增益放大器，它可以通過反饋信號與參考信號的差值來控制輸入信號的放大倍數(shù)。其管腳連接如下圖：

（三）模擬乘法器

在檢測電路中，同步解調(diào)電路是決定整個檢測電路性能的關(guān)鍵。有很多器件如AD630、AD835等都能實(shí)現(xiàn)同步解調(diào)的功能，但由于AD835具有高精度、高帶寬以及連接簡單等優(yōu)點(diǎn)，我們選用了模擬乘法器AD835。

三、結(jié)論

微機(jī)械陀螺的接口電路是決定微機(jī)械陀螺性能的關(guān)鍵因素，因此，對接口電路的研究至關(guān)重要。本文從工作原理、傳輸函數(shù)和穩(wěn)定性等方面對接口電路進(jìn)行了分析，并介紹了接口電路中所用到的幾種關(guān)鍵器件。理論分析和實(shí)驗(yàn)表明，我們的驅(qū)動電路是穩(wěn)定的，檢測電路是可行的。

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