基于硬件在环的空间引力波探测惯性传感器控制系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于硬件在环的空间引力波探测惯性传感器控制系统，包括：模拟驱动电路、数据采集电路、FPGA模块和仿真模块；模拟驱动电路连接FPGA模块和数据采集电路，模拟驱动电路用于将FPGA模块的数字电压命令转换为模拟电压；数据采集电路连接模拟驱动电路和FPGA模块，数据采集电路用于采集模拟驱动电路的输出电压；FPGA模块通过串口方式连接至仿真模块，FPGA模块用于接收仿真模块发送的幅值命令；仿真模块用于模拟惯性传感器传感电路、探头及控制器。本发明专利技术可以同时实现对惯性传感器六自由度的测量，并且可以方便地对驱动模块引入的残余加速度噪声进行测量，不需要搭建额外的硬件测试平台，成本较低，且易于实现。且易于实现。且易于实现。

【技术实现步骤摘要】
基于硬件在环的空间引力波探测惯性传感器控制系统


[0001]本专利技术涉及电子电路
，具体而言，涉及一种基于硬件在环的空间引力波探测惯性传感器控制系统。

技术介绍

[0002]空间引力波探测中，惯性传感器主要由检验质量、电极笼、位移传感模块、驱动模块等组成。用于检测卫星平台与检验质量之间的位置信息并加以控制，保证检验质量无接触地在电极笼内自由漂浮。其中驱动模块用于控制检验质量的运动，是惯性传感器的控制系统，其性能的好坏影响了惯性传感器的核心指标残余加速度噪声，因此在入轨前需要在地面进行测试。
[0003]目前，常用的惯性传感器地面测试方法是采用扭摆的方式进行测量，该方法可以实现对惯性传感器两个自由度的测量，但是无法同时实现对六个自由度的测量。对于核心指标残余加速度噪声的测量，该方法需要搭建完整的惯性传感器硬件平台才能进行测量。然而在惯性传感器的设计过程中，需要对单个模块的性能进行测试，评估由单个模块引入的噪声以方便对模块的设计进行优化迭代。因此需要设计一种方便对惯性传感器进行多自由度测试的系统。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术提出了一种基于硬件在环的空间引力波探测惯性传感器控制系统，旨在解决如何对惯性传感器进行多自由度测试的问题。
[0005]一个方面，本专利技术提出了一种基于硬件在环的空间引力波探测惯性传感器控制系统，包括：模拟驱动电路、数据采集电路、FPGA模块(FieldProgrammable GateArray，现场可编程逻辑门阵列)和仿真模块；
[0006]所述模拟驱动电路连接所述FPGA模块和数据采集电路，所述模拟驱动电路用于将所述FPGA模块的数字电压命令转换为模拟电压；
[0007]所述数据采集电路连接所述模拟驱动电路和FPGA模块，所述数据采集电路用于采集所述模拟驱动电路的输出电压；
[0008]所述FPGA模块通过串口方式连接至所述仿真模块，所述FPGA模块用于接收所述仿真模块发送的幅值命令，以生成相应的数字电压命令，并将所述数据采集电路采集的模拟驱动电路的输出电压幅值处理后发送至所述仿真模块；
[0009]所述仿真模块用于模拟惯性传感器传感电路、探头及控制器。
[0010]进一步地，所述模拟驱动电路包括信号驱动器、DAC(Digitaltoanalog converter，数字模拟转换器)基准源、输入缓冲器、DAC(Digitaltoanalog converter，数字模拟转换器)、输出缓冲器、滤波器和电源电路；
[0011]所述信号驱动器的输出端和DAC基准源分别连接至所述DAC的输入引脚；
[0012]所述信号驱动器的输入端与所述FPGA模块的输出引脚连接；
[0013]所述输入缓冲器的输入端连接至所述DAC基准源的输出端，所述输入缓冲器的输出端连接至所述DAC的基准输入引脚；
[0014]所述DAC的输出引脚连接至所述输出缓冲器的输入端；
[0015]所述的输出缓冲器的输出端连接至所述滤波器；
[0016]所述电源电路连接至所述信号驱动器、DAC基准源、输入缓冲器、DAC、输出缓冲器和滤波器的电源输入引脚。
[0017]进一步地，所述数据采集电路包括晶振、ADC(AnalogtoDigitalConverter，模拟数字转换器)基准源、衰减器、输入缓冲器、ADC(AnalogtoDigital Converter，模拟数字转换器)和电源电路；
[0018]所述晶振的输出端连接所述ADC的时钟输入引脚；
[0019]所述ADC基准源的输出端连接所述ADC的基准输入引脚；
[0020]所述输入缓冲器的输入端连接所述模拟驱动电路的输出端；
[0021]所述输入缓冲器的输出端连接所述衰减器的输入端；
[0022]所述衰减器的输出端连接所述ADC的输入引脚；
[0023]所述ADC的数据和时钟输出引脚连接所述FPGA模块的输入引脚；
[0024]所述电源电路连接至所述晶振、ADC基准源、衰减器、输入缓冲器和ADC的电源输入引脚；
[0025]进一步地，所述的FPGA模块包括串口接收数据处理模块、正余弦查找表、载波发生器、幅值调制模块、电压组合模块、DAC控制模块、ADC控制模块、串口发送数据处理模块；
[0026]所述串口接收数据处理模块的输出端连接所述正余弦查找表的输入端；
[0027]所述串口接收数据处理模块的输入端连接外部串口；
[0028]所述正余弦查找表连接所述载波发生器的输入端；
[0029]所述载波发生器的输出端连接所述幅值调制模块的输入端；
[0030]所述幅值调制模块的输出端连接至所述电压组合模块的输入端；
[0031]所述电压组合模块的输出端连接至所述DAC控制模块的输入端；
[0032]所述DAC控制模块的输出端通过所述FPGA模块的输出引脚与所述模拟驱动电路的信号驱动器的输入端相连接；
[0033]所述ADC控制模块的输入端与所述数据采集电路的ADC输出引脚相连接；
[0034]所述ADC控制模块的输出端与所述串口发送数据处理模块的输入端相连接；
[0035]所述串口发送数据处理模块的输出端与所述仿真模块的输入端相连接。
[0036]进一步地，所述仿真模块包括接收数据处理模块、探头模型、位移传感模型、控制器模块和发送数据处理模块；
[0037]所述接收数据处理模块的输入端通过串口线连接至所述FPGA模块的串口发送数据处理模块的输出端；
[0038]所述接收数据处理模块的输出端连接至所述探头模型的输入端；
[0039]所述探头模型的输出端连接至所述位移传感模型的输入端；
[0040]所述位移传感模型的输出端连接至所述控制器模块的输入端；
[0041]所述控制器的输出端连接至所述发送数据处理模块的输入端；
[0042]所述发送数据处理模块的输出端通过串口线连接至所述FPGA模块电流的串口接
收数据处理模块的输入端。
[0043]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于，本专利技术的系统采用基于硬件在环的方式对惯性传感器驱动模块进行测试，惯性传感器的其他模块借助Simulink搭建仿真模型来实现，驱动模块则以硬件的形式实现，测试平台包括了数据采集硬件模块和simulink仿真模型，通过串口方式实现硬件与仿真模型间的闭环，本专利技术可以同时实现对惯性传感器六自由度的测量，并且可以方便地对驱动模块引入的残余加速度噪声进行测量，不需要搭建额外的硬件测试平台，成本较低，且易于实现。本专利技术至少具有以下的有点：
[0044]1、本专利技术通过硬件在环的方式实现了对惯性传感器六自由度的同时测量。
[0045]2、本专利技术可以对单个的驱动模块进行测量，以评估由驱动模块引入的残余加速度噪声，不需要搭建额外的测试硬件平台，成本较低，且易于实现。
[0046]3、本专利技术易于进行修本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硬件在环的空间引力波探测惯性传感器控制系统，其特征在于，包括：模拟驱动电路、数据采集电路、FPGA模块和仿真模块；所述模拟驱动电路连接所述FPGA模块和数据采集电路，所述模拟驱动电路用于将所述FPGA模块的数字电压命令转换为模拟电压；所述数据采集电路连接所述模拟驱动电路和FPGA模块，所述数据采集电路用于采集所述模拟驱动电路的输出电压；所述FPGA模块通过串口方式连接至所述仿真模块，所述FPGA模块用于接收所述仿真模块发送的幅值命令，以生成相应的数字电压命令，并将所述数据采集电路采集的模拟驱动电路的输出电压幅值处理后发送至所述仿真模块；所述仿真模块用于模拟惯性传感器传感电路、探头及控制器。2.根据权利要求1所述的基于硬件在环的空间引力波探测惯性传感器控制系统，其特征在于，所述模拟驱动电路包括信号驱动器、DAC基准源、输入缓冲器、DAC、输出缓冲器、滤波器和电源电路；所述信号驱动器的输出端和DAC基准源分别连接至所述DAC的输入引脚；所述信号驱动器的输入端与所述FPGA模块的输出引脚连接；所述输入缓冲器的输入端连接至所述DAC基准源的输出端，所述输入缓冲器的输出端连接至所述DAC的基准输入引脚；所述DAC的输出引脚连接至所述输出缓冲器的输入端；所述的输出缓冲器的输出端连接至所述滤波器；所述电源电路连接至所述信号驱动器、DAC基准源、输入缓冲器、DAC、输出缓冲器和滤波器的电源输入引脚。3.根据权利要求1所述的基于硬件在环的空间引力波探测惯性传感器控制系统，其特征在于，所述数据采集电路包括晶振、ADC基准源、衰减器、输入缓冲器、ADC和电源电路；所述晶振的输出端连接所述ADC的时钟输入引脚；所述ADC基准源的输出端连接所述ADC的基准输入引脚；所述输入缓冲器的输入端连接所述模拟驱动电路的输出端；所述输入缓冲器的输出端连接所述衰减器的输入端；所述衰减器的输出端连接所述ADC的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：张倩云，吴树范，孙笑云，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：