一种用于SERF陀螺三维磁补偿的高精度恒流源制造技术

本发明专利技术涉及一种用于SERF陀螺三维磁补偿的高精度恒流源，包括：上位机和恒流源输出控制电路，所述恒流源输出控制电路包括：串口通信控制模块、微控制器模块、参考电压源模块、V/I转换模块和负载线圈。本发明专利技术能够获得更高精度的电流控制。度的电流控制。度的电流控制。

【技术实现步骤摘要】
一种用于SERF陀螺三维磁补偿的高精度恒流源


[0001]本专利技术属于电子电路
，涉及一种高精度可程控恒流源，尤其是一种用于SERF陀螺三维磁补偿的高精度恒流源。

技术介绍

[0002]操控原子自旋处于SERF态，是实现超高精度原子自旋陀螺仪的前提；而弱磁场环境条件是原子自旋SERF态实现的必要条件。环境磁场直接影响陀螺输出，因此需要主动与被动磁屏蔽技术，尽可能降低环境剩磁。由于地磁存在，需要高性能多层磁屏蔽。但屏蔽桶上存在影响屏蔽性能的通光孔以及屏蔽桶自身剩磁，为更好的实现SERF陀螺，在被动磁屏蔽的基础上还需要进行主动三维磁场补偿，进一步降低环境磁场。三维补偿磁场自身的稳定性也是决定陀螺零偏漂移的因素之一，而三维补偿磁场通过向三维磁场线圈通入弱电流来实现，电流输出的稳定性直接决定了三维磁补偿及降低环境剩磁的效果。因此一种用于SERF陀螺三维磁补偿的高精度恒流源设计具有重大意义。
[0003]首先，在SERF原理样机搭建的实验过程中，三维磁场线圈通入的电流需要具备较高的精度和稳定性，以满足实验弱磁补偿的要求；SERF原子气室的工作环境对温度较为敏感，故而需尽可能采用发热小，热稳定性好的电子器件；而为了便于SERF样机系统的总体操控，输出电流大小需由Labview上位机软件利用串口通信控制模块进行显示和控制，电流源输出电流可由软件界面设定和显示。
[0004]现有的电流源电路主要局限性在：
[0005]由模拟器件搭建的参考电压源易受环境影响，导致输出电流不稳；采用三极管搭建的V/I转换电路长期工作会导致温度升高，影响原子气室工作环境的温度；电流调节功能通常使用电位器改变电压大小实现，而不具备软件控制和人机交互功能。
[0006]经检索，未发现与本专利技术相同或相似的现有技术的公开文献。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、稳定性高、发热小、上位机可控的高精度的用于SERF陀螺三维磁补偿的高精度恒流源。
[0008]本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
[0009]一种用于SERF陀螺三维磁补偿的高精度恒流源，包括：上位机和恒流源输出控制电路，所述恒流源输出控制电路包括：串口通信控制模块、微控制器模块、参考电压源模块、V/I转换模块和负载线圈；上位机利用串口通信控制模块对恒流源输出控制电路发送控制指令；所述串口通信控制模块与微控制器模块相连，用于与微控制器进行串口通信，并对微控制器发送控制指令；所述微控制器模块与参考电压源模块的输入端相连，用于对参考电压源的输出电压进行程控调节；所述参考电压源模块用于输出恒定电压，在微控制器模块作用下可调节参考电压源的输出电压大小，其输出端与V/I转换模块相连接；所述V/I转换模块用于将参考电压源输出的恒定电压经转换电路变为恒定电流输出，其输出端与负载线
圈相连接，通过输出一定数值的电流使得负载线圈获得对应补偿磁场。
[0010]而且，所述V/I转换模块是由双集成运放搭建的双V/I转换电路，包括：参考电压输入V
REF
，四个定值电阻R1、R2、R3、R4，采样电阻R
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，运放U1和运放U2；其中，运放U1构成加法器、运放U2构成跟随器；参考电压输入V
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的输入端与定值电阻R1相连，定值电阻R1分别与运放U1输入正极和定值电阻R2相连；定值电阻R2另一端分别与运放U2的输入负极和输出端相连构成跟随器；运放U1的输入负极分别与定值电阻R3、R4相连，R3另一端接地，R4另一端与U1输出端相连；U1输出端还与采样电阻R
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相连，采样电阻R
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另一端与电流输出正端I0+相连，电流输出负端I0‑
接地，负载线圈接入输出正端I0+与电流输出负端I0‑
之间。
[0011]而且，所述SERF陀螺的三维磁场线圈包括四个轴向线圈和两对径向线圈；所述轴向线圈为共轴线圈，所述径向线圈采用鞍形线圈；所述两对径向线圈对向设置，并环绕在四个轴向线圈外侧；所述四个轴向线圈和两对径向线圈在一个整体的圆柱形线圈骨架上绕制。
[0012]而且，所述上位机的输出端通过USB接口与USB转串口设备相连接；其中，USB转串口设备的电平采样接口RXD+与RXD
‑
，分别与串口通信控制模块的电平发送接口TXD+与TXD
‑
相连；USB转串口设备的电平发送接口TXD+与TXD
‑
，分别与串口通信控制模块的电平采样接口RXD+与RXD
‑
相连；串口通信控制模块接收到的指令通过微控制器模块的I/O口传递到微控制器模块；USB转串口设备则通过USB接口连接至上位机。
[0013]本专利技术的优点和有益效果：
[0014]1、本专利技术提出一种用于SERF陀螺三维磁补偿的高精度恒流源，包括：用于输出恒定电压的参考电压源模块；由所述参考电压源经转换电路变为电流源输出的V/I转换模块，该V/I转换模块由双集成运放搭建的双V/I转换电路；由改变所述参考电压源从而改变输出电流大小的微控制器模块。其中，参考电压源信号由程序可控的高精度数模转换器给出，并可由上位机串口通信控制算法控制参考电压源的输出电压，从而实现电流输出大小的可调节；相对于微控制器控制，Labview上位机串口通信控制具备位数更高，可保留小数等优势，从而获得更高精度的电流控制。
[0015]2、本专利技术中由高精度数模转换器搭建的参考电压源，具备可程控、抗干扰能力强的特点。
[0016]3、本专利技术由双集成运放搭建的双V/I转换电路回路电流小，发热低，可提高电流输出的稳定性，减小原子气室受温度变化的影响。
[0017]4、本专利技术所设计的恒流源电路具备串口通信功能，可实现上位机软件对电流通断及大小的调节控制，更有利于人机交互性。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的SERF陀螺原理样机三维磁场线圈示意图；
[0019]图2是本专利技术的高精度恒流源电路原理功能框图；
[0020]图3是本专利技术的高精度恒流源电路由双集成运放搭建的V/I转换电路示意图；
[0021]图4是本专利技术的高精度恒流源的电流调节的原理实现框图；
[0022]附图标记说明：
[0023]1‑
轴向线圈(Barker)；2
‑
径向线圈(鞍形)。
具体实施方式
[0024]以下结合附图对本专利技术实施例作进一步详述：
[0025]一种用于SERF陀螺三维磁补偿的高精度恒流源，包括：上位机和恒流源输出控制电路，所述恒流源输出控制电路包括：串口通信控制模块、微控制器模块、参考电压源模块、V/I转换模块和负载线圈；
[0026]上位机利用串口通信控制模块对恒流源输出控制电路发送控制指令；所述串口通信控制模块与微控制器模块相连，用于与微控制器进行串口通信，并对微控制器发送控制指令；所述微控制器模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于SERF陀螺三维磁补偿的高精度恒流源，其特征在于：包括：上位机和恒流源输出控制电路，所述恒流源输出控制电路包括：串口通信控制模块、微控制器模块、参考电压源模块、V/I转换模块和负载线圈；上位机利用串口通信控制模块对恒流源输出控制电路发送控制指令；所述串口通信控制模块与微控制器模块相连，用于与微控制器进行串口通信，并对微控制器发送控制指令；所述微控制器模块与参考电压源模块的输入端相连，用于对参考电压源的输出电压进行程控调节；所述参考电压源模块用于输出恒定电压，在微控制器模块作用下可调节参考电压源的输出电压大小，其输出端与V/I转换模块相连接；所述V/I转换模块用于将参考电压源输出的恒定电压经转换电路变为恒定电流输出，其输出端与负载线圈相连接，通过输出一定数值的电流使得负载线圈获得对应补偿磁场。2.根据权利要求1所述的一种用于SERF陀螺三维磁补偿的高精度恒流源，其特征在于：所述V/I转换模块是由双集成运放搭建的双V/I转换电路，包括：参考电压输入V
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，四个定值电阻R1、R2、R3、R4，采样电阻R
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，运放U1和运放U2；其中，运放U1构成加法器、运放U2构成跟随器；参考电压输入V
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的输入端与定值电阻R1相连，定值电阻R1分别与运放U1输入正极和定值电阻R2相连；定值电阻R2另一端分别与运放U2的输入负极和输出端相连构成跟随器；运放...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓妍，董丽红，赵小明，裴闯，王建龙，杨硕，张志涛，
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：