[發明專利]一種石英撓性加速度計、伺服電路及加速度信號轉換方法

在審

• 申請號: 202011034217.6
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112180119A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 徐鑫;萬歡歡;阮曉明;張明;劉發
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: G01P15/08
• 分類號: G01P15/08;G01C21/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種石英撓性加速度計伺服電路，其特征在于，包括石英表頭(1)和差動電容轉換器、電流積分器、跨導/補償放大器、阻容反饋網絡、精密采樣電阻、巴特沃茲低通濾波器和A/D轉換器；

差動電容轉換器的信號輸入端與石英表頭(1)中的差動電容信號輸出端連接，差動電容轉換器信號輸出端與電流積分器的信號輸入端連接；電流積分器的信號輸出端同時與跨導/補償放大器的信號輸入端以及阻容反饋網絡的信號輸出端連接；跨導/補償放大器的一個信號輸出端與石英表頭(1)的力矩器輸入端連接，另一個信號輸出端與阻容反饋網絡的信號輸入端連接；石英表頭(1)力矩器的信號輸出端與精密采樣電阻一端連接，精密采樣電阻的另一端連接模擬信號地線；力矩器的信號輸出端與巴特沃茲低通濾波器的信號輸入端連接，巴特沃茲低通濾波器信號輸出端與A/D轉換器模擬信號輸入端連接，A/D轉換器的數字信號輸出端與伺服電路的引出端相連。

2.根據權利要求1所述的石英撓性加速度計伺服電路，其特征在于，巴特沃茲低通濾波器采用4階巴特沃茲低通濾波器。

3.根據權利要求2所述的石英撓性加速度計伺服電路，其特征在于，4階巴特沃茲低通濾波器包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、運算放大器U1和運算放大器U2；

石英表頭(1)中的力矩器信號輸出端與4階巴特沃茲低通濾波器的信號輸入端電阻R1的一端相連，R1的另一端分別與電阻R2、電阻R3、電容C1的一端連接，電容C1另一端接地；電阻R2另一端分別與運算放大器U1反相輸入端、電容C2一端相連；電阻R3另一端連接運算放大器U1輸出端；電容C2另一端連接運算放大器U1輸出端；運算放大器U1同相輸入端接地；電阻R4一端連接運算放大器U1輸出端，另一端與電阻R5、電阻R6、電容C3一端連接，電容C3另一端接地；電阻R5另一端分別與運算放大器U2反相輸入端和電容C4的一端相連；電阻R6另一端連接運算放大器U2輸出端；電容C4另一端連接運算放大器U2輸出端；運算放大器U2同相輸入端接地；運算放大器U2輸出端與A/D轉換器模擬信號輸入端連接。

4.根據權利要求1所述的石英撓性加速度計伺服電路，其特征在于，差動電容轉換器采用LZF15型芯片，跨導/補償放大器采用LC5226型芯片，A/D轉換器采用ADS1281型芯片。

5.一種基于權利要求1-4任意一項所述電路的加速度信號轉換方法，其特征在于，當外界沿石英表頭(1)的敏感軸方向存在加速度作用時，石英表頭(1)的可動擺片在外界慣性力矩的作用下發生位移，產生差動電容變化，差動電容檢測器將差動電容變化量轉換為電流，通過電流積分器積分形成電壓，隨后由跨導/補償放大器變換放大為電流i_out，采樣電阻將電流i_out轉換為電壓信號V1，電壓信號V1經過巴特沃茲低通濾波器進行濾波整形，電壓信號V1進入A/D轉換器進行模數轉換，轉換完成的數字信號經伺服電路的引出端對外輸出，完成加速度測量以及數字轉換。

6.根據權利要求5所述的加速度信號轉換方法，其特征在于，電流i_out經過石英表頭(1)的力矩器，產生再平衡力矩，以平衡加速度引起的慣性力矩，驅動石英表頭(1)的內差動電容傳感器中的可動擺片返回中心平衡位置。

7.根據權利要求5所述的加速度信號轉換方法，其特征在于，跨導/補償放大器對電流i_out進行等比例采樣，輸入至阻容反饋網絡中，產生比例積分微分反饋控制量對跨導/補償放大器進行閉環控制。