[發明專利]一種鐘形振子的激勵電路

無效

• 申請號: 201110359333.X
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102497166A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 付夢印;鄧志紅;劉彤;王新宇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H03B28/00
• 分類號: H03B28/00;G01C19/56
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種鐘形振子的激勵電路，特別涉及一種用于鐘形振子式角速率陀螺儀的振子激勵電路，屬于慣性導航領域。

背景技術

載體角速率測量在陸、海、空、天各類武器系統和國民經濟諸多領域都發揮著極其重要的作用，它是實現載體姿態確定、穩定平臺控制和運動體偏航測量等工作的關鍵技術。陀螺是實現角速率測量的主要手段，按工作原理不同，陀螺通常可以分為機械轉子式陀螺、光學陀螺和振動陀螺，其中振動陀螺基于哥里奧利原理，用振動元件取代了傳統陀螺中的機械轉子，用微幅振動代替了高速旋轉，與光學陀螺和機械陀螺相比，振動陀螺的固態設計使其更適用于大過載環境下的角速率測量等應用領域，同時具有環境適應性好、成本低、壽命長、可靠性高、易于小型化等特點。目前，振動陀螺已廣泛應用于飛機、艦船、坦克、潛艇、導彈、魚雷等武器裝備的導航及測控系統中，在汽車、醫療器械、地質勘探、成像穩定等民用領域也被廣泛采用。

鐘形振子式角速率陀螺儀通過測量鐘形振子四波幅振形的扭轉測量角速率。當鐘形振子處于穩定振動狀態時，如沿其中心軸向有輸入角速度，由牽連運動產生的哥氏力將會改變鐘形振子各質點(單元質量)的運動，使鐘形振子產生扭轉形變，該形變與輸入角速率成正比。通過在基座上安裝的電容傳感器檢測振子形變引起的靜電電荷變化即可實現對載體角速率的測量。

鐘形振子的激勵電路用于激勵鐘形振子產生四波腹波形。

發明內容

本發明的目的在于提出一種鐘形振子的激勵電路，用于產生頻率和振幅受控的正弦激勵電壓來激勵鐘形振子產生頻率、振幅穩定的四波腹波形，進而通過測量四波腹振形的扭轉形變測量角速率。

由于在實際使用中，振子產生四波腹振形的固有頻率隨溫度變化而變化，振形發生的扭轉形變也需要控制，要得到穩定的振形，激勵電路必須具有頻率控制、振幅控制和振形扭轉控制功能，產生的激勵信號具有較高的頻率穩定度和幅值穩定度。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明的一種鐘形振子的激勵電路，由可編程邏輯器件1、第一正弦信號發生器21、第二正弦信號發生器22、第一功率運算放大器31、第二功率運算放大器32、第一組壓電換能器41、第二組壓電換能器42以及恒溫晶體振蕩器5組成；

其中第一正弦信號發生器21和第二正弦信號發生器22的信號輸入端口SIG分別與可編程邏輯器件1的2個I/O端口PWM1和PWM3相連，第一正弦信號發生器21和第二正弦信號發生器22的時鐘輸入端口CLK分別與可編程邏輯器件1的2個的I/O端口PWM2和PWM4連接，第一正弦信號發生器21和第二正弦信號發生器22的輸出端口OUT分別與第一功率運算放大器31和第二功率運算放大器32的輸入端口IN相連，第一功率運算放大器31和第二功率運算放大器32的輸出端口OUT分別與第一組壓電換能器41和第二組壓電換能器42相連，可編程邏輯器件1的外部時鐘輸入端口EXCLK與恒溫晶體振蕩器5的時鐘輸出端口相連；

上述第一組壓電換能器41和第二組壓電換能器42均安裝在鐘形振子頂部，且兩者安裝相位相差45度，其中每組壓電換能器又包括兩個壓電換能器，每組中兩個壓電換能器的安裝位置相差180度；

上述可編程邏輯器件1需要具有較高時鐘頻率以滿足應用，其JTAG編程口和外部編程器6相連，可編程邏輯器件1可以采用數字信號處理器DSP或者單片機MCU兩種模式實現；

上述第一正弦信號發生器21和第二正弦信號發生器22為相同結構，均包括低通開關電容式濾波器、有源一階低通濾波器及相關外圍電路，其連接關系為：低通開關電容式濾波器的信號輸入端口和時鐘輸入端口即為對應正弦信號發生器的信號輸入端口SIG和時鐘輸入端口CLK，低通開關電容式濾波器的輸出端口與對應有源一階低通濾波器的輸入端口相連，有源一階低通濾波器的輸出端口即為對應正弦信號發生器的輸出端口OUT；

本發明的一種鐘形振子的激勵電路，其工作過程為：

1)可編程邏輯器件1的I/O端口PWM1和PWM3分別產生兩路與振子固有頻率相同且占空比為50％的方波，作為第一正弦信號發生器21和第二正弦信號發生器22的信號輸入來控制第一正弦信號發生器21和第二正弦信號發生器22所產生正弦波的頻率；