[發(fā)明專利]一種三浮陀螺加速度計的磁懸浮定中系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410119957.8
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN103884867A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李慶溥;嚴小軍;孫鵬飛;章麗蕾;趙曉萍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01P15/14
• 分類號: G01P15/14;G01P21/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 褚鵬蛟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三浮陀螺加速度計的磁懸浮定中系統(tǒng)。

背景技術(shù)

三浮陀螺加速度計是一種高精度的擺式積分陀螺加速度計，其內(nèi)部的陀螺電機采用氣浮軸承，從而使電機在高速旋轉(zhuǎn)過程中避免摩擦，提高使用壽命。同時，加速度計內(nèi)部的浮子部件處于液體中，其重力與所受的浮力大小相等方向相反，因此處于懸浮狀態(tài)。另外，浮子部件軸采用磁懸浮軸承，從而提高軸承的定位精度。由于這種加速度計同時采用氣浮、液浮和磁懸浮技術(shù)，所以稱為三浮陀螺加速度計。

在三浮陀螺加速度計中，磁懸浮技術(shù)應用在對浮子組件的輔助支承上。通過磁懸浮支承，使三浮陀螺加速度計的浮子分別沿外框架坐標系的三個坐標軸定中心，起到完全脫離機械接觸，消除浮子轉(zhuǎn)動軸上的摩擦力矩，克服浮子的重浮力殘差，從而提高儀表精度的作用。

在磁懸浮系統(tǒng)中，磁懸浮電路的測量和控制功能依靠安裝在加速度計表頭內(nèi)部的磁懸浮元件來實現(xiàn)。磁懸浮元件在電路中既是傳感器，也是執(zhí)行機構(gòu)。作為傳感器，磁懸浮元件將作為系統(tǒng)輸出的浮子位移轉(zhuǎn)化為線圈電感值的變化，以供電路進行檢測。作為執(zhí)行機構(gòu)，磁懸浮元件能通過向線圈中通入大電流，產(chǎn)生電磁吸引力，驅(qū)動浮子產(chǎn)生位移，從而達到指定的輸出。磁懸浮電路通過分時控制，交替地使磁懸浮元件工作在傳感器和執(zhí)行機構(gòu)狀態(tài)。

現(xiàn)有的磁懸浮電路一般采用模擬開關(guān)集成電路來實現(xiàn)功率電路功能，且不設(shè)置電荷泄放電路。模擬開關(guān)集成電路由于工藝上的原因，一般能通過的最大電流有限，而磁懸浮電路需要大電流進行加力控制。因此模擬開關(guān)在磁懸浮電路中并不適用。

當磁懸浮電路中加力控制結(jié)束的時刻，功率電路中的三極管陣列迅速關(guān)斷。此時，由于磁懸浮定子線圈是感性元件，其電特性與電感器相同，當通過的電流迅速減少時，在定子線圈中會產(chǎn)生一個感生電動勢。當沒有泄放通路或者泄放通路的電阻很大時，這個感生電動勢的幅值高，持續(xù)時間短，呈現(xiàn)尖峰脈沖的形式。由于磁懸浮電路是閉環(huán)電路，這個尖峰脈沖會饋入放大器，影響信號精度。當尖峰脈沖的幅值超過器件所能承受的最大輸入電壓時，還可能對器件造成損壞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的三浮陀螺加速度計的磁懸浮定中系統(tǒng)，采用簡潔的辦法解決對感性負載施加控制電流通斷過程中出現(xiàn)的尖峰電壓信號對定中系統(tǒng)電路的不良影響。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種三浮陀螺加速度計的磁懸浮定中系統(tǒng)，三浮陀螺加速度計包括浮子和磁懸浮元件，磁懸浮定中系統(tǒng)包括五路位置測量電橋、多路選通器、前置放大器、相敏解調(diào)電路、限幅電路、帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的微控制器、電平轉(zhuǎn)換電路、功率三極管和電荷泄放電路；磁懸浮元件包括軸向磁懸浮元件和徑向磁懸浮元件；軸向磁懸浮元件包括1對定子線圈，徑向磁懸浮元件包括4對定子線圈；

每個定子線圈連接一個電荷泄放電路；每個電荷泄放電路包括一個電荷泄放電阻R3或R4，第一電壓調(diào)整二極管V1或V3，第二電壓調(diào)整二極管V2或V4電荷泄放電阻R3或R4的一端與定子線圈的輸入端相連，電荷泄放電阻R3或R4的另一端與第一電壓調(diào)整二極管的陽極相連；第一電壓調(diào)整二極管的陰極與第二電壓調(diào)整二極管的陰極相連，第二電壓調(diào)整二極管的陽極與定子線圈的接地端相連；

每路位置測量電橋用于檢測對應的一對定子線圈的輸入端之間的電勢差，共獲得5路差分信號；每路位置測量電橋包括檢測電阻R1、R2、激磁電源；檢測電阻R1的一端與激磁電源相連，檢測電阻R1的另一端與所述對應的一對定子線圈中的第一個定子線圈L1的輸入端相連，檢測電阻R2的一端與激磁電源相連，檢測電阻的另一端與所述對應的一對定子線圈中的第二個定子線圈L2的輸入端相連；定子線圈L1、L2的接地端接地；通過定子線圈L1、L2的輸入端輸出一路差分信號至多路選通器；多路選通器在微控制器電路的控制下分時選通5路差分信號并輸出至前置放大器；每路差分信號經(jīng)過前置放大器放大后獲得交流信號，相敏解調(diào)電路將交流信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號后輸入至限幅電路；限幅電路將直流電壓信號限制在0-5V后輸入至帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的微控制器，經(jīng)微控制器進行A/D轉(zhuǎn)換后輸出10路加力控制信號，每路加力控制信號經(jīng)過與之對應的電平轉(zhuǎn)換電路進行電平轉(zhuǎn)換后輸入至相應的功率三極管，由功率三極管進行功率變換后輸出加力電流至對應的定子線圈的輸入端。