一种高分辨率大量程石英挠性加速度计采集电路设计方法技术

本发明专利技术公开了一种高分辨率大量程石英挠性加速度计采集电路设计方法，在现有I/F转换电路基础上额外增加两路比较器；在时间t内I/F转换电路中电流积分器输出没有达到门限值时，判定转换电路输入电流为小电流，处理器执行小电流解算程序；在时间t内I/F转换电路中电流积分器输出达到门限值时，判定转换电路输入电流为大电流，处理器执行大电流解算程序；本发明专利技术对于大小电流的解算由两套系统完成，可以保证在小电流输入时转换电路也可在短时间内更新输出，并且转换电路门限电压可设置的较大，不会存在因门限电压设置过小而产生大电流输入时的失真问题。本发明专利技术不仅提升了转换电路输出的实时性，而且在保证精度的前提下克服了现有转换电路存在的高分辨率和大量程相互矛盾的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高分辨率大量程石英挠性加速度计采集电路设计方法


[0001]本专利技术涉及石英挠性加速度计采集电路
，具体涉及一种高分辨率大量程石英挠性加速度计采集电路设计方法。

技术介绍

[0002]石英挠性加速度计是高精度惯导系统的核心元件，其具有精度高、抗干扰性好等优点。目前，石英挠性加速度计通过输出电流的大小来表示载体加速度的大小，但电流是模拟量无法直接被计算机识别，需要将输出电流转换为数字量。高精度石英挠性加速度计可以输出几μA至几十mA的电流，对转换电路的分辨率和量程提出了更高的要求。目前，高精度石英挠性加速度计主要采用采用A/D转换与I/F转换两种电路对加速度计输出信号进行转换。其中，I/F转换电路具有转换精度高、受温度影响小、误差不累积等优点，但该转换电路存在高分辨率和大量程相互矛盾的问题。A/D转换电路具有功耗低，电路结构简单等优点，但该转换电路存在量化误差，输出噪声大等问题。为了满足潜艇、武器发射车等对高精度惯性导航的需求，设计新的高分辨率大量程I/F转换电路具有重要的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种高分辨率大量程石英挠性加速度计采集电路设计方法，在不影响I/F转换电路转换大电流的精度下，提高了对于小电流的转换分辨率，克服传统I/F电路存在的高分辨率和大量程相矛盾的问题，该电路具有可转换量程大、分辨率高和实时性好等优点。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高分辨率大量程石英挠性加速度计采集电路设计方法，该方案克服了现有I/F转换电路高分辨率和大量程相互矛盾的问题，其特征在于：在现有I/F转换电路中额外增加了两路比较器；在时间t内I/F转换电路中电流积分器输出没有达到门限值时，判定转换电路输入电流为小电流，处理器执行小电流解算程序；在时间t内I/F转换电路中电流积分器输出达到门限值时，判定转换电路输入电流为大电流，处理器执行大电流解算程序。
[0005]作为本专利技术的进一步方案：所额外新增比较器包括一个正比较器、一个负比较器；其中正比较器的正相输入端接地，反相输入端接电流积分器；负比较器的反相输入端接地，正相输入端接电流积分器；在I/F转换电路中处理器控制额外增加的两个模拟开关和对应的反馈恒流电流源。
[0006]作为本专利技术的进一步方案，具体工作步骤分为大电流解算步骤和小电流解算步骤：
[0007]大电流解算步骤：当电流积分器输出电压在时间t内达到了滞回比较器设置的门限电压U
th
；对应滞回比较器会输出高电平，处理器中的时间计数器获得电流积分器的输出从0至门限电压U
th
的时间t1，通过时间t1和门限电压U
th
可以解算出输入电流的大小；处理器接收到滞回比较器输出的高电平后打开对应的模拟开关，对应的恒流反馈电流源使电流积
分器放电至零；；
[0008]小电流解算步骤：当电流积分器输出电压在时间t内没有达到门限电压U
th
，对应滞回比较器皆不输出高电平，应根据正、负比较器的输出判断输入电流的方向，且对应比较器在t时输出电压为U
th1
；在t时处理器打开正、负比较器对应的模拟开关，控制对应反馈电流源使电流积分器放电至零，处理器中的时间计数器计算出对应比较器的输出电压从U
th1
变成0的时间t2，通过时间t2和对应反馈电流源中电流大小可以解算出输入电流的大小。
[0009]作为本专利技术的进一步方案：所述处理器内时间计数器的计算方法是在处理器内设置两个固定时钟频率的计数器一和计数器二，计数器的工作步骤是；
[0010]步骤一、当电流积分器输出电压在时间t内就达到了滞回比较器设置的门限电压U
th
；计数器一在积分器输出不为零时开始计数，直到电流积分器输出电压达到门限电压U
th
，此时滞回比较器输出高电平使计数器一输出数据并清零，通过处理器输出计数器一的数值即可得到对应的时间t1；
[0011]步骤二、当电流积分器输出电压在时间t内没有达到门限电压U
th
；计数器一在积分器输出不为零开始计数，直到时间t时仍然没有达到门限电压U
th
，计数器一停止计数并清零。计数器二开始计数直到电流积分器输出电压变为0时终止计数并清零，通过处理器输出计数器二的数值即可得到对应的时间t2。
[0012]一种高分辨率大量程石英挠性加速度计采集电路，其外部与石英挠性加速度计1相连接实现电流输入，在其内部电流积分器与处理器7之间设置有正滞回比较器3和负滞回比较器4，在处理器7的控制输出端设置有与正滞回比较器3和负滞回比较器4对应的模拟开关，所述模拟开关控制对应反馈电流源对电流积分器2进行放电，在I/F转换电路中额外设置有正比较器5和负比较器6，在处理器7的控制输出端设置与正比较器5和负比较器6对应的模拟开关，所述模拟开关控制对应反馈电流源对电流积分器进行放电。
[0013]作为本专利技术的进一步方案：所述正比较器5的正相输入端接地，另一端连接电流积分器2；负比较器6的反相输入端接地，另一端连接电流积分器2。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术可以保证在小电流输入时转换电路也可在短时间内更新一个输出，避免了因输入电流过小而导致的长时间无输出从而产生的转换电路对小电流分辨率不高的问题，并且滞回比较器门限电压可设置的比较大，不会存在因门限电压设置过小而产生大电流输入时的失真问题，不仅保证了转换电路的输出实时性，而且可以在保证精度的前提下克服了现有转换电路存在的高分辨率和大量程相互矛盾的问题。
附图说明
[0015]图1为现有I/F转换电路中门限电压设置过大时的电流积分示意图；
[0016]图2为现有I/F转换电路中门限电压设置过小时的电流积分示意图；
[0017]图3为本专利技术的电路结构布局示意图；
[0018]图4为本专利技术中计数器一的时间计算示意图；
[0019]图5为本专利技术中计数器二的时间计算示意图。
[0020]图中：1、石英挠性加速度计；2、电流积分器；3、正滞回比较器；4、负滞回比较器；5、正比较器；6、负比较器；7、处理器；8、模拟开关一；9、恒流电流源一；10、模拟开关二；11、恒
流电流源二；12、模拟开关三；13、恒流电流源三；14、模拟开关四；15、恒流电流源四；
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]请参阅图1
‑
5，本实施例提供一种具体的运算过程以便于更直观理解本技术方案；
[0023]石英挠性加速度计是高精度惯导系统的核心元件，其具有精度高、抗干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分辨率大量程石英挠性加速度计采集电路设计方法，该方法克服了现有I/F转换电路高分辨率和大量程相互矛盾的问题，其特征在于：在现有I/F转换电路中额外增加了两路比较器；在时间t内I/F转换电路中电流积分器输出没有达到门限电压值时，判定转换电路输入电流为小电流，处理器执行小电流解算程序；在时间t内I/F转换电路中电流积分器输出达到门限电压值时，判定转换电路输入电流为大电流，处理器执行大电流解算程序，门限电压值大小不应超过运放的供电电压。2.根据权利要求1所述的一种高分辨率大量程石英挠性加速度计采集电路的设计方法，其特征在于：所额外增加的两路比较器包括一个正比较器、一个负比较器；正比较器的正相输入端接地，反相输入端接电流积分器；负比较器的反相输入端接地，正相输入端接电流积分器；在I/F转换电路中处理器控制额外增加的两个模拟开关和对应的反馈恒流电流源，所额外增加的模拟开关控制端与处理器输出端相连，两侧开关端分别与加速度计输出端和反馈恒流电流源输出端相连。。3.根据权利要求1或2所述的一种高分辨率大量程石英挠性加速度计采集电路的设计方法，其特征在于具体电流解算步骤分为大电流解算步骤和小电流解算步骤：大电流解算步骤：当电流积分器输出电压在时间t内达到了滞回比较器设置的门限电压U
th
，对应滞回比较器输出高电平，处理器中的时间计数器获得电流积分器的输出从0升至门限电压U
th
的时间t1，通过时间t1和门限电压U
th
可以解算出输入电流的大小；处理器接收到滞回比较器输出的高电平后打开对应的模拟开关，对应的恒流反馈电流源使电流积分器放电至零；小电流解算步骤：当电流积分器输出电压在时间t内没有达到门限电压U
th
，对应滞回比较器不输出高电平，应根据正、负比较器的输出判断输入电流的方向，且对应比较器在t时输出电压为U
t...

【专利技术属性】
技术研发人员：马家君，张子鹏，刘清杨，吕嫣然，黄月锐涵，蒋军彪，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：