[發明專利]一種捷聯慣導加速度計輸出轉換裝置

有效

• 申請號: 200910073003.7
• 申請日: 2009-09-29
• 公開（公告）號: CN101661047A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 孫楓;高宇;張鑫;徐博;周廣濤;陳世同;于強;高洪濤;吳磊;程建華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01P1/00
• 分類號: G01P1/00;G01P15/08;G01C21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明提供的是一種加速度計輸出轉換裝置。

(二)背景技術

加速度計是慣性導航系統的基本測量元件之一，可以用來測量載體的運動加速度，并通過對加速度積分，從而知道載體的速度和位置等信息。目前，加速度計廣泛應用于航空、航海、航天及武器的制導和控制。作為慣性導航系統的核心器件，加速度計的精度直接影響整個系統的精度。這里加速度計的精度包括其本身的精度和對其輸出進行轉換單元的精度。

石英撓性加速度計是已經發展十分成熟的一種加速度計，具有精度和靈敏度高、功耗小、熱穩定性好、機械遲滯和彈性后效小、易于小型化等特點，在慣性導航系統、大地測量系統中有廣泛的用途。對于高精度的石英撓性加速度計來說，一般都是輸出模擬的電流信號。

加速度計輸出轉換單元的作用是將加速度計輸出的模擬信號轉換為數字信號，并且轉換后的精度應盡量不損害加速計原有的精度。慣性導航系統對加速計的性能要求是綜合了加速度計本身以及加速計輸出轉換單元的性能后的總體指標。因此，加速度計輸出轉換單元的精度也會直接影響整個系統的精度。目前，國內的加速度計輸出轉換單元多采用I/F轉換電路、或者16位A/D轉換器。I/F轉換電路往往用分立器件搭建，有體積和功耗較大，精度也不高的缺點。16位A/D轉換器的理論精度都不能超過15ppm，有一些采用24位A/D轉換器來設計轉換單元的文獻，但是精度往往不高，總體精度在10ppm量級或者更差，這些都主要受限與A/D轉換芯片得性能。隨著加速度計和微電子技術的發展，這種技術已越來越不能符合慣性導航系統的要求?，F在A/D轉換芯片及運放等其他元器件性能的提高，為高精度的加速度計輸出轉換單元的研究提供了必要的技術基礎。

(三)發明內容

本發明的目的是提供一種高精度的捷聯慣導加速度計輸出轉換裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明中的高精度捷聯慣導加速度計輸出轉換單元，其電路由I/V轉換模塊、模擬濾波模塊、A/D轉換模塊以及參考電壓模塊組成。所述的I/V轉換模塊將輸入的電流信號轉換為電壓信號并傳入模擬濾波模塊；模擬濾波模塊將電壓信號除去高頻噪聲，并輸入A/D轉換模塊；最終A/D轉換模塊根據參考電壓模塊輸入的參考電壓將電壓信號去轉換成數字信號。

所述I/V轉換模塊主要由運算放大器和采樣電阻構成，采樣電阻跨接在運算放大器的負輸入端和輸出端；電容與采樣電阻并聯后跨接在運算放大器的負輸入端和輸出端；運算放大器正輸入端加2.5V的參考電壓；輸出加速度計的輸出電流由運算放大器的負輸入端輸入I/V轉換模塊，輸出電流經過采樣電阻轉換成電壓信號。

所述模擬濾波模塊輸入電壓通過第二電阻、第三電阻輸入到運算放大器正輸入端，第二電容跨接在第二電阻與第三電阻的連接端與運算放大器的輸出端；第三電容一端接運算放大器的正輸入端，一端接地；第五電阻接在運算放大器的負輸入端和輸出端；第四電阻連接運算放大器的負輸入端和地。

所述A/D轉換模塊中選用的是A/D轉換芯片LTC2445；濾波器模塊的輸出電壓由A/D轉換芯片LTC2445的CH1腳輸入，COM、CH0腳接2.5V參考電壓，EXT、Vcc腳接5V電源，CH5、REF+腳接5V參考電壓，SDI腳為速度選擇信號，CS腳接片選信號，SD0腳為數字信號輸出，SCK時鐘輸入信號；其中，SDI、CS、SD0、SCK腳通過接光電耦合器TPL113隔離，與導航解算計算機通信。

所述的參考電壓模塊中，LTZ1000的1腳通過第十二電阻與4腳相連，2腳通過第一二極管接地，3腳輸出7V參考電壓，4腳輸出通過第四電阻接地，5腳通過第五電阻與3腳相連，6腳與三個并聯電阻第七電阻、第八電阻、第十電阻相連，其中第七電阻另一端接3腳，第八電阻另一端接地，第十電阻另一端接LT1013的INB-腳，8腳接第六電阻后與3腳相連；LT1013的OA腳通過第二二極管接LTZ1000的3腳，INA-腳接LTZ1000的4腳，INA+腳接LTZ1000的5腳，同時通過第六電容接地，INB+腳通過第四電容接地，INB-腳接第十一電阻后與第五電容相連，第五電容另一端接LTZ1000的1腳，OB腳接第九電阻后接三極管的基極，V+腳接15V電壓；三極管的集電極接15V電壓，發射極接LTZ1000的1腳。

本發明能夠實現高精度的加速度計輸出轉換功能，其主要性能指標如下：零偏溫度系數1uV/℃，零偏24小時穩定性2uV，噪聲1uVrms@100Hz/s，可以滿足捷聯慣導系統中對高精度的加速度計輸出轉換的要求。

(四)附圖說明

圖1為本發明的加速度計輸出轉換單元原理圖。