石英音叉陀螺(Quartz Rate Sensorm, QRS)是一种新型的微机械振动角速度传感器,由于其具有成本低、尺寸小、可靠性高、寿命长,又能在恶劣环境中工作的独特优点,在军事运用和商业应用方面显示了广阔的前景,以微陀螺为核心部件的微惯性测量组合(Micor-Inertial Measuring Unit,MIMU)的发展也日益蓬勃。QRS的精度是限制其广泛应用的一个关键因素,如何提高QRS的精度成为其研究领域的一个热点。本文首先介绍了石英晶体的压电效应,在分析了哥氏效应的基础上阐述了QRS的工作原理,详细介绍了石英音叉的弯曲振动,深入分析了QRS的驱动信号和敏感信号并建立了QRS的信号模型,研究了QRS的驱动电路和检测电路。其次,介绍了压电振子的等效电路及其导纳圆,设计了一种QRS等效电路阻抗测量方法,通过一种改进的最小二乘法求取了导纳圆方程,利用Househord变换解决了QRS电导倒数—频率曲线的最小二乘拟合问题,提出了一种计算QRS等效电路参数的方法并对QRS驱动音叉等效参数进行了实验测量。再次,根据QRS的特点,设计了一种基于正交矢量型锁定放大器的QRS信号的数字解调方案。详细介绍了锁定放大器的相关解调原理,阐述了实现锁定放大器参考通道功能的两种方法:锁相环和Hilbert变换,通过对这两种方法的性能对比得到,锁相环更适合作为参考通道为相关器提供一组正交的参考信号。正交矢量型锁定放大输出的同相分量和正交分量通过角度旋转抑制正交误差,再通过消除同相误差所带来的偏移和刻度因子校正就可以得到输入角速度。文中还利用Simulink对锁相环进行了仿真并对QRS进行了标定实验。最后,详细介绍了QRS的机械耦合以及其对敏感信号的影响,分析了机械耦合误差的抑制措施;通过理论分析和大量实验证明了驱动电路和敏感电路受温度、老化等因素的影响所造成的增益和相位误差,详细讨论了它们对角速度提取精度的影响,提出了提高QRS角速度测量精度的一些措施。