加速度计的伺服回路及加速度计制造技术

本申请公开了一种加速度计的伺服回路及加速度计。其中，该伺服回路包括：摆片偏转角检测模块，包括差动电容检测电路，所述差动电容检测电路包括：两个完全对称的检流电路，被配置为采用差动不平衡电桥检测方法检测所述加速度计的表头输出的电容信号；差分放大电路，被配置为将所述电容信号加载在频率大于预设频率阈值的正弦载波信号上；其中，所述摆片偏转角检测模块还被配置为对所述正弦载波信号进行调制；信号处理模块，被配置为对调制后的所述正弦载波信号进行解调，滤除调制后的所述正弦载波信号中的分量大于预设频率阈值的分量和噪声大于预设噪声阈值的噪声，得到表示加速度信息的测量值。本申请解决了加速度计测量不精确的技术问题。不精确的技术问题。不精确的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
加速度计的伺服回路及加速度计


[0001]本申请涉及电子器件领域，具体而言，涉及一种加速度计的伺服回路及加速度计。

技术介绍

[0002]加速度计是实现载体角速率测量的核心关键部件。在隧道挖掘、矿山开采、智慧交通、国防装备和航空航天等领域，载体(钻探机构、车辆、无人机、人员、制导弹药等)运动过程中存在长时、高速、高过载等恶劣环境条件，迫切需要一种抗高过载、高精度、有效适应恶劣环境、长期免标定的加速度计。
[0003]现有的加速度计主要分为液浮摆式加速度计、振弦式加速度计、振动惯性加速度计、振梁式加速度计、微机械加速度计、石英挠性加速度计等类型。其中石英挠性加速度计是基于伺服闭环力矩平衡原理，具有更优秀的测量精度、线性度、长期稳定性和动态特性，深受国内外研究结构和学者的重视。其不仅应用于惯性导航和制导等领域，还广泛应用于低频振动校准、主动负刚度隔振、微重力生命研究和微重力物理研究等领域。
[0004]但是，受石英晶体自身材料限制，目前批产的石英挠性加速度计分辨率最高为1μg，很难再继续提高，且其抗过载能力较低。对于重力测量和重力梯度测量等微小加速度信号测量、高过载制导炮弹等领域，传统石英挠性加速度计已难以实现。因此，亟需开展相关替代产品或性能提升关键技术研究，为实现高精度惯性导航与制导提供技术支撑。
[0005]随着材料科学和电子信息技术发展，蓝宝石晶体以其优异的材料特性成为替代石英晶体的首选材料。国内外已有蓝宝石晶体为基础的加速度计和挠性加速度计，但还未见到成熟产品。
[0006]针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0007]本申请实施例提供了一种加速度计的伺服回路及加速度计，以至少解决加速度计测量不精确的技术问题。
[0008]根据本申请实施例的一个方面，提供了一种加速度计的伺服回路，包括：摆片偏转角检测模块和信号处理模块。摆片偏转角检测模块包括差动电容检测电路，所述差动电容检测电路包括：两个完全对称的检流电路，被配置为采用差动不平衡电桥检测方法检测所述加速度计的表头输出的电容信号；差分放大电路，被配置为将所述电容信号加载在频率大于预设频率阈值的正弦载波信号上；其中，所述摆片偏转角检测模块还被配置为对所述正弦载波信号进行调制；信号处理模块，被配置为对调制后的所述正弦载波信号进行解调，滤除调制后的所述正弦载波信号中的分量大于预设频率阈值的分量和噪声大于预设噪声阈值的噪声，得到表示加速度信息的测量值。
[0009]根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种加速度计，包括上述伺服回路。
[0010]在本申请实施例中，采用两个完全对称的检流电路和一个差分放大电路检测并调制加速度计的表头输出的电容信号，解决了加速度计测量不精确的技术问题。
附图说明
[0011]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0012]图1是根据本申请实施例的多梁单岛互补式蓝宝石挠性数字加速度计系统的结构示意图；
[0013]图2是根据本申请实施例的一种加速度计的伺服回路的结构示意图；
[0014]图3是根据本申请实施例的另一种加速度计的伺服回路的结构示意图；
[0015]图4是根据本申请实施例的差动电容检测电路的结构示意图；
[0016]图5是根据本申请实施例的功率放大电路的结构示意图；
[0017]图6是根据本申请实施例的乘法器相敏解调电路的结构示意图；
[0018]图7是根据本申请实施例的系统开环模型辨识框图；
[0019]图8是根据本申请实施例的采用Smith预估控制的电路结构示意图；
[0020]图9是根据本申请实施例的误差补偿方法的流程图。
具体实施方式
[0021]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
[0022]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0023]实施例1
[0024]根据本申请实施例，提供了一种加速度计，具体的为一种蓝宝石挠性数字加速度计。图1是根据本申请实施例的多梁单岛互补式蓝宝石挠性数字加速度计的结构示意图，如图1所示，蓝宝石挠性数字加速度计包括机械表头10和伺服回路20。
[0025]机械表头10主要包括蓝宝石摆片11、力矩线圈12、永磁体13和差动电容定极板14。蓝宝石摆片11和力矩线圈12共同用于检测质量，蓝宝石摆片11两侧镀金面作为动极板，与差动电容定极板14共同构成差动电容传感器，力矩线圈12和永磁体13共同作为执行器。
[0026]伺服回路20主要有摆片偏转角检测电路23、信号处理模块22和反馈驱动模块21构成。蓝宝石摆片敏感输入加速度并产生偏转，导致差动电容传感器产生相应的容值变化，伺服回路20通过检测差动电容的变化解算出摆片偏转角信息，然后信号处理模块22利用摆片偏转角计算出反馈量，并驱动反馈驱动模块21迫使蓝宝石摆片回到平衡位置，实现加速度计的闭环控制，信号处理模块22所计算出的反馈量就代表了被测加速度的信息。
[0027]当有加速度a施加在加速度计上时，在蓝宝石挠性平梁的根部会产生一个惯性力矩，该惯性力矩可以表示为：
[0028]M
a
＝Pa＝mLa
[0029]其中，M
a
表示加速度力矩，P表示蓝宝石挠性加速度计摆片的摆性，m表示检测质量，L表示检测质量重心至支承轴的距离。
[0030]在惯性力矩的作用下，检测质量偏离原来的平衡位置，两个传感电容的容值发生改变。伺服回路检测到电容的变化，会产生反馈电压加载在力矩器线圈上，流过力矩器线圈导线的电流可以表示为：
[0031][0032]其中，v表示反馈电压；R
l
表示力矩器线圈的电阻；i表示流过力矩器线圈的电流。
[0033]通电的力矩器线圈在磁场中受到洛伦兹力的作用，产生一个与加速度反向的恢复力矩：
[0034]M＝Fl＝B
δ
il
a
l
[0035]其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加速度计的伺服回路，其特征在于，包括：摆片偏转角检测模块，包括差动电容检测电路，所述差动电容检测电路包括：两个完全对称的检流电路，被配置为采用差动不平衡电桥检测方法检测所述加速度计的表头输出的电容信号；差分放大电路，被配置为将所述电容信号加载在频率大于预设频率阈值的正弦载波信号上；其中，所述摆片偏转角检测模块还被配置为对所述正弦载波信号进行调制；信号处理模块，被配置为对调制后的所述正弦载波信号进行解调，滤除调制后的所述正弦载波信号中的分量大于预设频率阈值的分量和噪声大于预设噪声阈值的噪声，得到表示加速度信息的测量值。2.根据权利要求1所述的伺服回路，其特征在于，所述差动电容检测电路还包括两个反馈电阻，分别连接在所述两个完全对称的检流电路和差动电容之间，每个所述反馈电阻的精度大于预设精度且温漂小于预设温漂。3.根据权利要求1所述的伺服回路，其特征在于，所述信号处理模块包括：乘法器相敏解调电路，被配置为将调制后的所述正弦载波信号与同频正弦参考信号相乘，得到相乘后的信号，其中所述相乘后的信号包括一个频率低于预设频率阈值的分量和两个频率高于预设频率阈值的分量；低通滤波器，被配置为滤除频率高于预设频率阈值的分量，分离出频率低于预设频率阈值的分量。4.根据权利要求3所述的伺服回路，其特征在于，所述同频正弦参考信号的输入端串联有一滞后移相电路，所述滞后移相电路用来调节所述同频正弦参考信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宁，袁超杰，赵辉，刘福朝，苏中，戚文昊，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：