[發(fā)明專利]多組合角速率陀螺儀

有效

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• 申請日: 2008-12-02
• 公開（公告）號: CN101413798A
• 公開（公告）日: 2009-04-22
• 發(fā)明（設計）人: 谷榮祥;董紅娟;何永革
• 申請（專利權）人: 西安中星測控有限公司
• 主分類號: G01C19/00
• 分類號: G01C19/00;G01P9/00
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務所
• 代理人: 李子安

技術領域

本發(fā)明涉及慣性測量系統(tǒng)技術領域，尤其是涉及一種用于測量平面坐標系中一個軸的角速率的多組合角速率陀螺儀。

背景技術

目前，在導彈控制，地質勘測，工業(yè)控制，航空飛行器穩(wěn)定控制，捷聯(lián)慣導，汽車自動駕駛及機器人控制等行業(yè)領域中普遍使用的角速率陀螺儀，其產品絕大部分都是機械式的，如液浮或半液浮，撓性有旋轉馬達的角速率陀螺儀等。這些老式角速率陀螺儀在實際應用中存在的突出缺點是：體積大、價格昂貴、易損壞、耐沖擊加速度低，壽命短，測量范圍小(老式角速率陀螺最大測量值僅500°/s)，頻響低(最多為100Hz)以及多不具備自檢測(self-Test)功能等，即使是當今較先進的光纖或激光陀螺儀，也是由于其價格昂貴及體積大等原因而很難得到廣泛的應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種多組合角速率陀螺儀，其結構簡單、體積小、重量輕、造價低且使用操作簡便，并具備自檢測功能，可靠性高、使用壽命長且應用范圍廣。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種多組合角速率陀螺儀，其特征在于：包括六個用于測量空間Z軸方向角速率的角速率陀螺儀、分別對六個角速率陀螺儀所輸出模擬信號進行模數轉換的A/D采樣電路以及對經A/D采樣電路轉換所輸出的六路數字信號進行融合處理并輸出一準確實時檢測信號的處理器。

所述處理器包括分別與A/D采樣電路相接且對A/D采樣電路所輸出數字信號進行卡爾曼濾波的FPGA芯片，以及對FPGA芯片所輸出六路信號進行融合處理并輸出一準確實時檢測信號的DSP處理電路。

所述DSP處理電路的輸出信號經接口電路后輸出；所述DSP處理電路由輸入回路五、DSP處理器、時鐘電路和復位電路組成，輸入回路五接DSP處理器；所述DSP處理器的輸出信號分三路，一路經時鐘電路接DSP處理器的輸入端，一路經復位電路接DSP處理器的輸入端，另一路接接口電路的輸入端。

所述A/D采樣電路由輸入回路四、校準回路四、運算器二、A/D轉換器和反饋回路四組成，所述輸入回路四接A/D轉換器；所述A/D轉換器的輸出信號分三路，一路經運算器二和校準回路四后接A/D轉換器的輸入端，一路經反饋回路四接A/D轉換器的輸入端，另一路接FPGA芯片。

所述角速率陀螺儀為芯片ADXRS150，所述A/D轉換器為芯片ADS1251，所述FPGA芯片為芯片EP2C20，所述DSP處理器為DSP芯片TMS320。

所述角速率陀螺儀包括依次串接的敏感電路、信號處理器和主放大器；所述主放大器還接有分別對其進行控制的零偏置控制器、量程擴展器和帶寬擴展器，所述零偏置控制器、量程擴展器和帶寬擴展器相并聯(lián)且三者的共同輸出端均接主放大器的輸入端。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：1、不僅結構簡單，加工制作方便，而且使用操作方便，并具備自檢測功能，可準確測量平面坐標系中的狀態(tài)；2、角速率陀螺儀屬于無旋轉馬達的固態(tài)角速率傳感器，其內部電路工作構件采用微機械-電子系統(tǒng)(MEMS)技術的芯片且均采用雙極型金屬氧化物半導體(BIMOS)技術的生產和球形網格排列的載流焊工藝技術進行加工制造，因而產品具有高可靠性和高封裝堅固性；3、體積小、重量輕、造價低且使用壽命長，同時，使用操作簡便、便于推廣應用，因而在實踐中的應用范圍十分廣泛，可廣泛用于導彈控制，地質勘測，工業(yè)控制，航空飛行器穩(wěn)定控制，捷聯(lián)慣導，汽車自動駕駛及機器人控制等行業(yè)領域；4、測量的準確度高，分別通過六個單軸角速率陀螺儀對空間坐標系中Z軸的角速率進行測量，六個角速率陀螺儀的輸出信號經A/D轉換電路轉換后為數字信號并且將六路數字信號傳輸至處理器中進行處理，處理器根據數據融合算法及卡爾曼濾波算法對所輸入的六路信號進行處理，進而得到更為準確的角速率信號，然后通過通訊接口電路傳出；另外，本發(fā)明具有自檢測功能，因而能夠實現(xiàn)機內檢測(BIT)；5、本發(fā)明還設置了零偏置控制器、量程擴展器和帶寬擴展器，使本產品具有零漂置校準、較寬的測量范圍和帶寬功能，同時，也使本發(fā)明具有工作溫度范圍寬、體積小、重量輕、啟動快、壽命長及耐沖擊加速度高等特點。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的總體電路原理框圖。

圖2為本發(fā)明角速率陀螺儀的電路原理框圖。

圖3為圖2中敏感電路、信號處理器和主放大器的電路原理圖。

圖4為本發(fā)明零偏置控制器的電路原理框圖。

圖5為圖4的電路原理圖。