[發(fā)明專利]一種用于石英撓性加速度計的數字閉環(huán)伺服電路

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910087494.0
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101592677A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 張春熹;李琳;張晞;李立京;許文淵;董全林;周海濤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域：

本發(fā)明涉及一種用于測量載體加速度的石英撓性加速度計的數字閉環(huán)伺服 電路，屬于檢測電路技術領域。

背景技術：

目前石英撓性加速度計是由表頭機械部分，模擬伺服電路部分兩部分組成， 其中表頭機械部分由力矩線圈，石英擺片，上下力矩器組成；而模擬伺服電路 部分由差動電容檢測電路，積分電路，以及跨導補償放大電路組成。其中，有 加速度輸入時，石英擺片偏離平衡位置，于是表頭機械部分的差動電容值發(fā)生 變化。模擬伺服電路部分的差動電容檢測電路將差動電容轉換為幅值與之對應 的電流脈沖，后續(xù)的積分電路和放大電路將電流脈沖轉換為直流電流，這一電 流反饋到力矩線圈中，產生的電磁力矩將石英撓性片拉回到無加速度時的平衡 位置，那么反饋電流的大小就反映了加速度的值。

目前加速度計采用模擬電流反饋的形式，輸出模擬電流的大小和輸入的加 速度成正比，輸出的模擬電流通過數字轉換電路，變成脈沖或數字信號送給導 航計算機以實現(xiàn)導航解算。理論上，數字轉換電路的精度應該遠高于石英撓性 加速度計的精度，但現(xiàn)實中遠沒有達到這一要求，數字轉換電路精度不高幾乎 成了石英撓性加速度計系統(tǒng)精度進一步提高的瓶頸。目前模擬電流反饋的伺服 電路檢測精度能達到10^-5g量級，基本能夠滿足中高精度的導航系統(tǒng)的使用，但 由于數字轉換電路的限制，最終得到的精度往往遠低于這個量級。

隨著模擬石英撓性加速度計精度的提高，導航系統(tǒng)對數字轉換電路的精度 要求越來越高。現(xiàn)有的數字轉換方案，精度很難高于石英撓性加速度計的精度， 這樣會造成石英撓性加速度計精度的浪費，使石英撓性加速度計的高精度失去 意義。

由于石英撓性加速度計輸出信息是導航系統(tǒng)的最原始測量基準，大量的計 算中要使用加速度測量數據，其測量誤差會造成誤差積累，同時由于信息耦合， 還會導致石英撓性加速度計的數據精度在計算中失去效用，使導航系統(tǒng)的整體 精度下降，所提供的導航信息可信度降低。

發(fā)明內容：

本發(fā)明提供了一種石英撓性加速度計的數字閉環(huán)伺服電路，以克服現(xiàn)有模 擬電流反饋輸出后再經過數字電路轉換帶來精度損失問題。具有檢測精度高， 適用范圍廣泛，直接數字輸出等優(yōu)點。

為了達到以上目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn)：該石英撓性加速 度計的數字閉環(huán)伺服電路包括以下幾個部分：差動電容檢測電路，三角波發(fā)生 電路，前置濾波放大電路、A/D轉換電路、D/A轉換電路及驅動放大電路、及 數字信號處理電路。

它們的連接關系如下：

三角波發(fā)生電路輸出的三角波連接到差動電容檢測電路輸入端，差動電容 檢測電路的輸入端連接石英撓性加速度計表頭機械部分的差動電容，差動電容 檢測電路的輸出端與前置濾波放大電路的輸入端連接，前置濾波放大電路的輸 出端與A/D轉換電路的輸入端相連，數字信號處理電路的輸入端連接A/D轉換 電路的數字輸出端，數字信號處理電路輸出的數字量經過輸出端連接到導航計 算機的輸入端，同時數字信號處理電路輸出的數字量經過輸出端連接到D/A轉 換電路的輸入端，D/A轉換電路的輸出端連接到驅動放大電路的輸入端，驅動 放大電路輸出的反饋電流信號經過驅動放大電路的輸出端連接到石英撓性加速 度計表頭機械部分的力矩線圈的輸入端，力矩線圈的輸出端經過電阻接地。

檢測電路的工作過程如下：差動電容檢測電路接收來自三角波發(fā)生電路產 生的三角波信號，將檢測到的差分電容C₁和C₂的變化轉化為相應的誤差電流I_C輸出，前置濾波放大電路對差動電容檢測電路輸出的誤差電流I_C經過轉換、濾 波、和放大后進入A/D轉換電路，A/D轉換電路對前置濾波放大電路的輸出信 號進行采集并轉換為離散的數字量，數字信號處理電路對A/D轉換電路輸出的 離散的誤差數字量進行累加后，輸出反饋數字信號，該反饋數字信號大小與差 動電容檢測電路輸出的誤差電流ΔI成正比。該反饋數字信號經過D/A轉換電路 變?yōu)槟M反饋電壓，模擬反饋電壓經過驅動放大電路轉換為模擬反饋電流信號， 該模擬反饋電流信號作用在石英撓性加速度計表頭機械部分的力矩器的輸入 端，產生電磁力矩，使石英擺片處于無加速度輸入的平衡位置。從而實現(xiàn)系統(tǒng) 閉環(huán)工作。另外按照約定的協(xié)議，數字信號處理電路部分輸出數字量與導航計 算機通信，輸出檢測到的加速度的數字量。