一种石英加速度计的伺服电路制造技术

本发明专利技术公开了一种石英加速度计的伺服电路，包括集成部分和分立部分，集成部分包括三角波发生器、差分电容检测器、积分放大器和跨导放大器；分立部分包括负反馈电路、外时基电容、外时基电阻和外偏置电阻；三角波发生器通过射极跟随器输出三角波到差分电容检测器；差分电容检测器对加速度计摆组件差动电容进行充放电，将监测到的差分电容信号转化成相应的误差电流信号输出到积分放大器，经积分放大器的积分解调得到缓变电压信号后推动跨导放大器；再经跨导输出端加到石英加速度计的电磁力矩器上形成恢复力矩，实现摆片恢复平衡位置；负反馈电路连接在积分放大器的反相输入端和跨导放大器的输出反馈端之间，形成具有深度负反馈的完整闭环测试系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于测量载体的加速度、速度和位置倾角等的石英加速度计的伺服电路。
技术介绍
石英加速度计的伺服电路，是石英加速度计的关键组成部分，石英加速度计可分为模拟与脉冲伺服两类。模拟伺服电路结构不同还可分为几种，但反馈加矩都是模拟电流。脉冲伺服反馈加矩都是脉冲电流，按反馈加矩方式不同又分为二元调宽、三元调宽、二元断续、三元断续四种。现有的一种模拟伺服电路结构如图1所示，石英加速度计摆组件感受加速度产生偏摆，引起差动变化的两电容之差变化，差动电容检测器将之转换成缓变电压信号，经前置放大，相位校正后推动功放，产生电流加到电磁力矩器上形成恢复力矩，以求摆片恢复平衡位置，进而输出与加速度成正比的模拟量。现有的石英加速度计的模拟伺服电路通常采用分立器件组成的PCB板级结构，电路结构较简单，其所存在的缺点是电容检测精度差、输出量程小、电路一致性差、可靠性差、体积大。受精度、量程和体积等的制约，一般用在要求不高的民用领域，无法满足军用或具有特殊要求的行业，也无法满足日益小型化的要求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种单片集成的石英加速度计的模拟伺服电路，可克服现-->有模拟伺服电路中存在的上述问题，具有检测精度高、输出量程大、噪声小、工作温度范围宽等特点。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的：一种石英加速度计的伺服电路，其特征在于，包括集成部分和分立部分，集成部分包括三角波发生器、差分电容检测器、积分放大器和跨导放大器；分立部分包括一个负反馈电路、外时基电容Ct1、外时基电阻Rt1和外偏置电阻Rb1；所述三角波发生器借助于其中的比较器C控制三角波发生器的电流源通过时基电容外接端口Ct对外时基电容Ct1进行充放电，产生所需的三角波，并通过三角波发生器中的射极跟随器A3输出到差分电容检测器；差分电容检测器接收来自三角波发生器产生的三角波信号，并对连接在检测端口Cp1、Cp2上的加速度计摆组件差动电容Cd1、Cd2进行充放电，将监测到的差分电容信号转化成相应的误差电流信号Ic1-Ic2输出到积分放大器的输入端IN1-，积分放大器将误差电流信号经积分解调得到缓变电压信号，经积分放大器中的前置放大器A1、后级放大器A2后推动跨导放大器；跨导放大器通过跨导输出端OUT加到石英加速度计的电磁力矩器上形成恢复力矩，实现摆片恢复平衡位置；所述负反馈电路连接在积分放大器的反相输入端IN2-和跨导放大器的输出反馈端FB之间，形成具有深度负反馈的完整闭环测试系统。上述方案中，所述的三角波发生器内部集成了内时基电阻Rt0和内偏置电阻Rb0，可满足具有固定频率要求的应用场合，同时设有连接内时基电阻Rt0的一个时基电阻外接端Rt和连接内偏置电阻Rb0的两个偏置电阻外接端B1、B2，可独立引出用于连接外时基电阻Rt1和外偏置电阻Rb1。所述跨导放大器包括跨导放大电路和设置有结型场效应管的输出电流采样电路，跨导放大电路的输入端IN+和IN-分别接收积分放大器30的两个电压输出端OUT2、OUT3的电压信号，产生与差分电容量成正比的驱动电流，通过跨导输出端OUT加到石英加速度计的电磁力矩器上形成恢复力矩，实现摆片恢复平衡位置；同时，输出电流采样电路产生同输出电流成比例的输出电流采-->样信号，通过输出反馈端FB输出到负反馈电路，形成深度负反馈，构成了高精度闭环测试系统。本专利技术与已有技术的石英加速度计伺服电路相比，其有益效果在于：由于提供了深度负反馈电路，形成了高精度的闭环测试系统，该电路结构具有非常宽的工作电压范围，从±5V～±18V均可正常工作，测量范围≥±50g，噪声可达到7mV以下，工作温度范围为-55℃～125℃，具有动态范围大、线性度好、频率响应宽、量程大、温度范围宽、噪声小、精度高等特点。本专利技术石英加速度计伺服电路输出级跨导放大器内部设计了由电流恒定且动态电阻非常大的结型场效应管J1为核心的输出电流采样电路，可精确地采样到与差分电容成比例的输出电流的大小，并按比例反馈到负反馈电路中，形成闭环测试系统。有效地消除了对电流输出级的影响，具有很好的隔离性。本专利技术石英加速度计伺服电路，通过外接少量的电阻、电容，并和差动电容传感器连接在一起，可组成一完整的加速度计，用于测量载体的加速度、速度和位置倾角等。广泛应用于姿态控制、惯性测量、水平仪、倾斜仪、惯性导航、捷联系统、振动测试、地质灾害防治和钻井测量等领域，具有广阔的应用领域和巨大的市场前景。由于该电路实现了单片集成，外围只需连接少量的电阻电容器件，整个伺服电路的体积大大缩小，一致性也得到极大的提高。附图说明图1为现有的一种模拟伺服电路结构框图。图中Cd1、Cd2为差动电容。图2为本专利技术石英加速度计伺服电路结构框图。图中C为比较器，A1、A2、分别为前置放大器、后级放大器；A3为射极跟随器，Negative Feedback为深度负反馈电路。图3为图2中三角波发生器的电路原理图。图4为图2中跨导放大器的电路原理图。-->具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述。参见图2，本专利技术石英加速度计的一个具体伺服电路结构，包括集成部分和分立部分，集成部分100包括了三角波发生器10、差分电容检测器20、积分放大器30及跨导放大器40。分立部分包括一个负反馈电路200、外接时基电容Ct1、外时基电阻Rt1和外偏置电阻Rb1；负反馈电路200连接在积分放大器30的反相输入端IN2-和跨导放大器40的输出反馈端FB之间，形成具有深度负反馈的完整的闭环测试系统，可精确测量差分电容的微小变化。差分电容检测器20接收来自三角波发生器电路10产生的三角波信号，对连接在Cp1和Cp2端的加速度计摆组件差动变化的差动电容Cd1和Cd2进行充放电，将监测到的差分电容信号转化成相应的误差电流Ic1-Ic2，输出到积分放大器30的输入端IN1-，积分放大器30将IN1-输入端接收到的电流信号经积分解调得到缓变电压信号，经前置放大器A1、后级放大器A2放大及相位校正后推动跨导放大器40。在积分放大器30中，前置放大器A1、后级放大器A2可分别设置有补偿电路101、102。负反馈电路200由分立的若干电阻及电容组成深度负反馈电路Negative Feedback，其连接于积分放大器30的反相输入端IN2-和跨导放大器40的输出反馈端FB之间构成高精度闭环测试系统，同时对系统进行相位补偿，确保满足系统的动静态指标要求。参见图3，三角波发生器10包括电流源电路、比较器C的比较电路、偏置电路和射极跟随器A3的电路(D3和R18组成)。其特点是，该电路模块内部集成了内时基电阻Rt0和内偏置电阻Rb0，可满足具有固定频率要求的应用场合，同时设有连接内时基电阻Rt0的一个时基电阻外接端Rt和连接内偏置电阻Rb0的两个偏置电阻外接端B1、B2，可独立引出用于连接外时基电阻Rt1和外偏置电阻Rb1，以调节流过电阻Rt0上的时基电流或电阻Rb0上的偏置电流，以满足不同用户或不同应用领域对振荡频率等的不同要求，使其具有较大的可扩展-->性和应用灵活性。参见图4，跨导放大器40包括跨导放大电路和由电流恒定且动态电阻很大的结型场效应管J1为核心的输出电流采样电路两部分，跨导放大电路的输入端IN+和IN-分别接收积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石英加速度计的伺服电路，其特征在于，包括集成部分和分立部分，集成部分包括三角波发生器、差分电容检测器、积分放大器和跨导放大器；分立部分包括一个负反馈电路、外时基电容、外时基电阻和外偏置电阻；所述三角波发生器借助于其中的比较器控制三角波发生器的电流源通过时基电容外接端口对外时基电容进行充放电，产生所需的三角波，并通过三角波发生器中的射极跟随器输出到差分电容检测器；差分电容检测器接收来自三角波发生器产生的三角波信号，并对连接在检测端口上的加速度计摆组件差动电容进行充放电，将监测到的差分电容信号转化成相应的误差电流信号Ｉｃ１－Ｉｃ２输出到积分放大器的输入端，积分放大器将误差电流信号经积分解调得到缓变电压信号，经积分放大器中的前置放大器、后级放大器后推动跨导放大器；跨导放大器通过跨导输出端加到石英加速度计的电磁力矩器上形成恢复力矩，实现摆片恢复平衡位置；所述负反馈电路连接在积分放大器的反相输入端和跨导放大器的输出反馈端之间，形成具有深度负反馈的完整闭环测试系统。

【技术特征摘要】
1.一种石英加速度计的伺服电路，其特征在于，包括集成部分和分立部分，集成部分包括三角波发生器、差分电容检测器、积分放大器和跨导放大器；分立部分包括一个负反馈电路、外时基电容、外时基电阻和外偏置电阻；所述三角波发生器借助于其中的比较器控制三角波发生器的电流源通过时基电容外接端口对外时基电容进行充放电，产生所需的三角波，并通过三角波发生器中的射极跟随器输出到差分电容检测器；差分电容检测器接收来自三角波发生器产生的三角波信号，并对连接在检测端口上的加速度计摆组件差动电容进行充放电，将监测到的差分电容信号转化成相应的误差电流信号Ic1-Ic2输出到积分放大器的输入端，积分放大器将误差电流信号经积分解调得到缓变电压信号，经积分放大器中的前置放大器、后级放大器后推动跨导放大器；跨导放大器通过跨导输出端加到石英加速度计的电磁力矩器上形成恢复力矩，实现摆片恢复平衡位置；所述负反馈电路连接在积分放大器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胤强，向宏莉，温富刚，陈广哲，
申请(专利权)人：中国航天时代电子公司第七七一研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]