石英挠性加速度计二元调宽电路量程自动切换方法技术

本发明专利技术涉及一种石英挠性加速度计二元调宽电路量程自动切换方法，其技术特点是：步骤1、FPGA电路采集加速度计数据并读取当前量程状态；步骤2、如果是小量程状态，并且当前加速度计值大于6g或小于‑6g，则进入步骤3；如果是大量程状态并且，当前加速度计值小于6g且大于‑6g，则进入步骤4；步骤3、FPGA向量程切换电路发送控制信号开关导通；步骤4、FPGA向量程切换电路发送控制信号开关断开；步骤5、量程切换电路控制恒流源输出电流进行量程切换。本发明专利技术设计合理，实现了大小量程的自动切换功能，解决了高精度和大量程之间的矛盾，不仅满足了小量程下高精度的需求，同时也实现了大量程实时加速度数据采集和抗冲击振动的性能。

Automatic range switching method for two element width modulation circuit of quartz flexible accelerometer

The invention relates to an automatic range switching method for a quartz flexible accelerometer with a binary width modulation circuit. The technical characteristics of the method are as follows: step 1, the FPGA circuit collects the accelerometer data and reads the current range state; step 2, if the accelerometer is in a small range state and the current accelerometer value is greater than 6g or less than 6g, the method enters step 3; It is a large range state and the current accelerometer value is less than 6G and greater than 6g, then proceed to step 4; step 3, the FPGA vector path switching circuit sends the control signal switch on; step 4, the FPGA vector path switching circuit sends the control signal switch off; step 5, the range switching circuit controls the constant current source output current to carry on the range cutting Change. The invention has reasonable design, realizes the automatic switching function of large and small range, solves the contradiction between high precision and large range, not only meets the demand of high precision under small range, but also realizes the performance of large range real-time acceleration data acquisition and shock vibration resistance.

【技术实现步骤摘要】
石英挠性加速度计二元调宽电路量程自动切换方法
本专利技术属于捷联式惯性导航
，涉及石英挠性加速度计为核心的控制技术，尤其是一种石英挠性加速度计二元调宽电路量程自动切换方法。
技术介绍
加速度计是捷联式惯导系统中重要元件之一，其用于测量运载体的加速度，为惯导系统提供精确的加速度信息，加速度计的性能指标直接影响惯导系统的精度。传统的二元调宽电路控制的石英挠性加速度计，在小量程下能够获得较高的精度，满足了高精度、小量程的船用导航领域的应用。但在加速度输入超出量程后数据饱和，无法获取短时间内冲击、振动的加速度信息，更不能提高加速度计的抗过载性能，这导致其不能应用于陆用和航空领域。这一问题所反映出的高精度和大量程之间的矛盾，成为二元调宽石英挠性加速度计推广应用的瓶颈。因此，如何提高二元调宽电路控制下的加速度计的测量范围并兼顾高精度的性能，是目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种石英挠性加速度计二元调宽电路量程自动切换方法，解决二元调宽电路控制下的加速度计的测量范围并兼顾高精度的问题。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种石英挠性加速度计二元调宽电路量程自动切换方法，包括以下步骤：步骤1、FPGA电路采集加速度计数据并读取当前量程状态；步骤2、如果当前量程状态是小量程状态，并且当前加速度计值大于6g或小于-6g，则进入步骤3，否则返回步骤1；如果当前量程状态是大量程状态并且，当前加速度计值小于6g且大于-6g，则进入步骤4，否则返回步骤1；步骤3、FPGA电路等待同步时序，并向量程切换电路发送控制信号开关导通，进入步骤5；步骤4、FPGA电路等待同步时序，并向量程切换电路发送控制信号开关断开，进入步骤5；步骤5、量程切换电路控制二元调宽控制电路中的恒流源输出电流进行量程切换。所述步骤5的实现方法为：量程切换电路控制高速模拟开关闭合，将大量程所需的精密电阻R2并联到小量程的精密电阻R1上，实现小量程到大量程的自动切换功能；量程切换电路控制高速模拟开关断开，将精密电阻R2和小量程的精密电阻R1断开，实现大量程到小量程的自动切换功能。本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术通过FPGA电路实时采集加速度计信息，判断加速度数据是否达到预设量程的阈值，达到阈值后由FPGA电路控制高速模拟开关，进行高精度恒流源输出电流的切换，进而完成大小量程的自动切换功能。从而保证惯导系统在小量程下加速度采集的高精度性能；同时，根据实时的加速度数据采集进行判断，在大过载情况下快速切换至大量程，保证大量程时获取有效的加速度计信息。解决了高精度和大量程之间的矛盾。不仅满足了小量程下高精度的需求，同时也实现了大量程实时加速度数据采集和抗冲击振动的性能。附图说明图1为本专利技术的电路原理图；图2为本专利技术的处理流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例做进一步详述。一种石英挠性加速度计二元调宽电路量程自动切换方法，是在如图1所示的电路上实现的，该电路包括包括原有二元调宽控制电路、量程切换电路和FPGA电路；FPGA电路与原有二元调宽控制电路、量程切换电路相连接，在FPGA电路内安装有数据采集、处理、量程判定等算法，对原有二元调宽控制电路进行数据采集、处理以及量程判断并控制量程切换电路进行量程切花，量程切换电路嵌入原有二元调宽控制电路的方式和时序，保证二元调宽电路控制下的石英加速度计的数据采集精度，该量程切换电路与原有二元调宽控制电路的恒流源向连接并在FPGA电路的控制下进行量程切换。下面对电路中的各个部分分别进行说明：原有二元调宽控制电路完成对石英加速度计模拟信号的检测、校正、加力的闭环控制。其中，恒流源电路由高精度基准电压、精密运算放大器、高频NPN三极管、精密电阻构成，恒流源的输出电流其中，VREF为精密基准电压，R为精密电阻。FPGA电路对二元调宽电路进行实时加速度计数据的采集、处理、计算，将获取的加速度数据，与设置量程的阈值进行比较，需要变换量程时，进行高速的量程切换，即可实现了两个不同量程(±6g和±15g)的切换；并且通过优化FPGA算法，大大降低了硬件电路设计的难度和复杂性。FPGA电路利用可编程数字逻辑器件FPGA高速的采集、计算、控制优势，通过设计和优化FPGA内部模块，不仅实现了精确地时序控制、数据采集、数据处理，而且大大降低了传统硬件电路设计的复杂性，从而有效地完成了量程的自适应切换。基于上述电路，如图2所示，本专利技术石英挠性加速度计二元调宽电路量程自动切换方法，包括以下步骤：步骤1、FPGA电路采集加速度计数据并读取当前量程状态；步骤2、如果当前量程状态是小量程状态并且当前加速度计值大于6g或小于-6g，则进入步骤3，否则返回步骤1；如果当前量程状态是大量程状态并且当前加速度计值小于6g且大于-6g，则进入步骤4，否则返回步骤1；步骤3、FPGA电路等待同步时序，并向量程切换电路发送控制信号开关导通，进入步骤5；步骤4、FPGA电路等待同步时序，并向量程切换电路发送控制信号开关断开，进入步骤5；步骤5、量程切换电路控制二元调宽控制电路中的恒流源输出电流进行量程切换。在本步骤中，量程切换电路根据FPGA电路的控制信号控制恒流源进行量程切换。由于船用惯导系统的加速度计量程为±6g，陆用和航空系统为±15g。二元调宽电路的量程取决于恒流源输出电流的大小，电流越大，量程越大。所以，改变恒流源的输出电流，即可改变量程。恒流源电路中，精密电阻是决定输出电流大小的关键器件，通过改变精密电阻的大小可以改变电流的大小。因此，量程切换的关键就是在合理的时序控制下，适时的切换恒流源中的精密电阻。切换恒流源精密电阻的实现方法如下：默认状态下，二元调宽回路处于小量程状态，此时恒流源的输出电流FPGA实时采集处理加速度数据与设定的阈值进行比较后，判断是否需要切换到大量程，如需切换，FPGA在二元调制同步时序的同时发出切换信号，控制高速模拟开关闭合，将大量程所需的精密电阻R2并联到小量程的精密电阻R1上，此时大量程有效精密电阻R＝R2//R1，大量程恒流源的输出电流反之，当系统处于大量程状态下，需要切换至小量程时，模拟开关断开，将R2与R1断开即可。上述切换电路解决了两个关键技术问题：一是在二元调制的同时，通过FPGA同步切换，保证二元调宽控制回路不受切换影响；二是只在大量程时才将切换电路嵌入到恒流源中，在小量程工作时的恒流源与切换电路是脱离状态，因此，由模拟开关产生的漏电流和温度系数对小量程的精度不产生影响，保证了小量程时的高精度性能。本专利技术在某型捷联惯性导航系统上，经过试验和现场考核，设置±6g和±15g大小两个量程，可实现量程的自适应切换，其性能指标均满足惯导系统要求。需要强调的是，本专利技术所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本专利技术包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本专利技术的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本专利技术保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石英挠性加速度计二元调宽电路量程自动切换方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、FPGA电路采集加速度计数据并读取当前量程状态；步骤2、如果当前量程状态是小量程状态，并且当前加速度计值大于6g或小于‑6g，则进入步骤3，否则返回步骤1；如果当前量程状态是大量程状态并且，当前加速度计值小于6g且大于‑6g，则进入步骤4，否则返回步骤1；步骤3、FPGA电路等待同步时序，并向量程切换电路发送控制信号开关导通，进入步骤5；步骤4、FPGA电路等待同步时序，并向量程切换电路发送控制信号开关断开，进入步骤5；步骤5、量程切换电路控制二元调宽控制电路中的恒流源输出电流进行量程切换。

【技术特征摘要】
1.一种石英挠性加速度计二元调宽电路量程自动切换方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、FPGA电路采集加速度计数据并读取当前量程状态；步骤2、如果当前量程状态是小量程状态，并且当前加速度计值大于6g或小于-6g，则进入步骤3，否则返回步骤1；如果当前量程状态是大量程状态并且，当前加速度计值小于6g且大于-6g，则进入步骤4，否则返回步骤1；步骤3、FPGA电路等待同步时序，并向量程切换电路发送控制信号开关导通，进入步骤5；步骤4、FPGA电路等待同步时序，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李素芬，庞松，刘宇，董洁，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12