[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于液浮陀螺儀的高精度信號采集系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110028353.2
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112857349B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 毛佳珍;石慧;趙新宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七0七研究所
• 主分類號: G01C19/20
• 分類號: G01C19/20
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于液浮陀螺儀的高精度信號采集系統(tǒng)及方法，其技術(shù)特點是：本發(fā)明包括交流信號放大降噪電路、相敏解調(diào)器、直流信號放大濾波器、信號校正電路、功率放放大器、力矩器、采樣電阻、電流頻率轉(zhuǎn)換模塊、信號采集電路和上位機(jī)，其中交流信號放大器、相敏解調(diào)器、直流信號放大器、信號校正電路、功率放放大器、力矩器、采樣電阻、電流頻率轉(zhuǎn)換模塊、信號采集電路和上位機(jī)依次連接，電流頻率轉(zhuǎn)換模塊的接地端接地。本發(fā)明能夠有效降低方波驅(qū)動陀螺電機(jī)的諧波對陀螺儀性能的影響，解決陀螺內(nèi)部可能出現(xiàn)的強(qiáng)電磁耦合現(xiàn)象，避免拍頻問題，降低陀螺儀噪聲，并且可根據(jù)陀螺儀精度要求設(shè)置電機(jī)電源轉(zhuǎn)速及傳感器的工作頻率的合理范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種應(yīng)用于液浮陀螺儀的高精度信號采集系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

應(yīng)用于捷聯(lián)式系統(tǒng)的液浮陀螺儀通常采用力反饋方式進(jìn)行陀螺測試，其優(yōu)點在于測試方式與目前采用的工作狀態(tài)一致，更能準(zhǔn)確反映慣性儀表的性能參數(shù)。

液浮陀螺儀在較小的空間內(nèi)安裝有陀螺電機(jī)、傳感器、力矩器、磁懸浮、加熱組件以及其它部件，各種元件有相應(yīng)的工作電壓及工作頻率，極易出現(xiàn)相互間的電磁干擾現(xiàn)象。陀螺電機(jī)由方波或正弦波驅(qū)動，采用方波電源的控制方式較簡單、線路功耗低，因此得到廣泛應(yīng)用。由于電機(jī)電機(jī)磁場的影響，其方波信號會產(chǎn)生畸變，在陀螺儀傳感器繞組上疊加的電磁信號會不同體現(xiàn)，基頻信號的高次諧波將在傳感器輸出上形成干擾源，嚴(yán)重時將產(chǎn)生拍頻現(xiàn)象，極大地影響陀螺性能檢測，特別在高精度大帶寬工作條件下表現(xiàn)得尤為嚴(yán)重。

力反饋測試方式下的液浮陀螺儀通過測量采集其力矩器的電信號來得到陀螺儀的性能指標(biāo)，采集測量的準(zhǔn)確性直接影響表體精度體現(xiàn)。為滿足高精度陀螺儀的測試要求，往往采用大時間常數(shù)RC濾波器及成本很高的高精度數(shù)字萬用表來達(dá)到相匹配的測試要求，傳統(tǒng)測量方式同時為滿足數(shù)據(jù)量程，往往采取提高儀表數(shù)據(jù)采集位數(shù)的方法，其影響是降低了儀表數(shù)據(jù)采樣的速率，對陀螺信號高頻部分的還原差，形成測量誤差源。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種應(yīng)用于液浮陀螺儀的高精度信號采集系統(tǒng)及方法，能夠提供一種不使用高精度電壓表的直接采集力矩器電流的信號采集方法，同時能準(zhǔn)確反映慣性儀表的性能參數(shù)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種應(yīng)用于液浮陀螺儀的高精度信號采集系統(tǒng)，包括交流信號放大降噪電路、相敏解調(diào)器、直流信號放大濾波器、信號校正電路、功率放放大器、力矩器、采樣電阻、電流頻率轉(zhuǎn)換模塊、信號采集電路和上位機(jī)，其中交流信號放大器、相敏解調(diào)器、直流信號放大器、信號校正電路、功率放放大器、力矩器、采樣電阻、電流頻率轉(zhuǎn)換模塊、信號采集電路和上位機(jī)依次連接，電流頻率轉(zhuǎn)換模塊的接地端接地。

而且，所述信號采集電路包括信號緩沖器、FPGA和串口接口，F(xiàn)PGA包括第一計數(shù)器、第二計數(shù)器、加法器和串口通訊模塊，電流頻率轉(zhuǎn)換模塊的正脈沖輸出端連接信號緩沖器的正脈沖輸入端，電流頻率轉(zhuǎn)換模塊的負(fù)脈沖輸出端連接信號緩沖器的負(fù)脈沖輸入端，信號緩沖器的第一輸出端通過第一計數(shù)器連接加法器，信號緩沖器的第二輸出端通過第二計數(shù)器連接加法器，加法器的輸出端連接串口通訊的輸入端，串口通訊的輸出端連接上位機(jī)。

一種應(yīng)用于液浮陀螺儀的高精度信號采集系統(tǒng)的采集方法，包括以下步驟：

步驟1、陀螺儀輸出電信號至交流信號放大降噪電路，進(jìn)行交流信號的放大以及降噪，同時對信號進(jìn)行傅里葉分析以確定干擾信號；

步驟2、根據(jù)干擾信號，調(diào)整陀螺儀中傳感器的工作頻率位于干擾信號兩個高次諧波中心位置，將信號輸出再次入至交流信號放大降噪電路；

步驟3、降噪后的交流信號輸入至相敏解調(diào)器進(jìn)行交直流信號的轉(zhuǎn)換；

步驟4、轉(zhuǎn)換生成的直流信號輸入至直流信號放大濾波器，進(jìn)行直流信號的放大并在信號放大后進(jìn)行濾波；