一种低成本挠性陀螺力平衡电路制造技术

一种低成本挠性陀螺力平衡电路，其特征是，包括采集陀螺仪敏感外部角速度产生的敏感陀螺壳体与转子的转角信号的信号器，所述信号器输出一个经高频调制后的陀螺误差信号，输出至相敏解调电路，利用相敏解调电路将正弦交流调幅信号变换成与交流输入信号的峰值成线性关系的直流输出信号，经陷波器滤除频带干扰信号后输出至频率相位校正环节，对该直流信号进行校正，再由功放电路进行功率放大产生电流输出信号，加到陀螺力矩器上，使力矩器产生相应的力矩与陀螺力矩相平衡。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种低成本挠性陀螺力平衡电路，包括采集陀螺仪敏感外部角速度产生的敏感陀螺壳体与转子的转角信号的信号器，信号器输出一个经高频调制后的陀螺误差信号，输出至相敏解调电路，利用相敏解调电路将正弦交流调幅信号变换成与交流输入信号的峰值成线性关系的直流输出信号，经陷波器滤除频带干扰信号后输出至频率相位校正环节，对该直流信号进行校正，再由功放电路进行功率放大产生电流输出信号，加到陀螺力矩器上，使力矩器产生相应的力矩与陀螺力矩相平衡。相敏解调电路采用易采购常用器件替代专用集成芯片实现，简洁实用，便于集成组装，从而降低设计和生产成本。具有增益非线性小、增益稳定性高的优点。【专利说明】一种低成本挠性陀螺力平衡电路
本技术涉及一种低成本挠性陀螺力平衡电路，属于电路
。
技术介绍
再平衡技术是惯性导航系统的关键技术之一，通常按照对力矩器施加电流方式的不同，可分为模拟再平衡回路和数字脉冲再平衡回路。模拟再平衡回路中，流经力矩器的是连续变化的直流电流量，为精确地测量力矩器电流，同时又便于与数字计算机相配合，一般采用精密电阻对电流信号进行采样，再用V/F或A/D转换电路将其转变为数字信号。数字脉冲再平衡回路对力矩器施加的则是幅值恒定的电流，将输入的速度信息调制在电流方向和持续时间上。这样作用的反馈力矩是脉冲力矩，因此称这种方式为脉冲加矩。从20世纪70年代开始，Teledyne公司一直致力于模拟再平衡技术的研究，研制具有代表的Teledyne模拟再平衡回路，其后主要在简化线路、提高系统带宽、实现高精度、提高噪声抑制能力方面进行了改进研究。进入20世纪90年代以后，数字脉冲再平衡回路的主要研究方向在于使用现代控制方法设计回路控制器，提高再平衡回路的性能。数字脉冲再平衡回路以其加矩功率恒定和直接数字输出的特点也倍受青睐，但需要复杂的软件补偿算法和各种现代控制算法，数字回路中电路的高频噪声、处理器计算时间的补偿、采样频率的选择以及数字输出的线性化问题仍待解决。由此可知，模拟再平衡回路具有控制电路结构简单、可靠性高、体积小、容易实现高带宽的特点，尤其适合于对体积功耗和可靠性要求苛刻的场合。挠性陀螺是用于确定方位角的元件，是影响惯导精度的关键部分。单有挠性陀螺是不能感测方位的，挠性陀螺必须与力平衡电路构成闭环系统才能应用。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种低成本挠性陀螺力平衡电路，采用常用器件实现了增益非线性小、增益稳定性高、低零位输出。为解决上述技术问题，本技术提供一种低成本挠性陀螺力平衡电路，其特征是，包括采集陀螺仪敏感外部角速度产生的敏感陀螺壳体与转子的转角信号的信号器，所述信号器输出一个经高频调制后的陀螺误差信号，输出至相敏解调电路，利用相敏解调电路将正弦交流调幅信号变换成与交流输入信号的峰值成线性关系的直流输出信号，经陷波器滤除频带干扰信号后输出至频率相位校正环节，对该直流信号进行校正，再由功放电路进行功率放大产生电流输出信号，加到陀螺力矩器上，使力矩器产生相应的力矩与陀螺力矩相平衡。所述相敏解调电路包括比较器、模拟开关和两个反向比例放大器；所述信号器输出的误差信号依次经两个反向比例放大器后输出频率幅值相等、相位相反的两路交流信号对应传输至模拟开关的两个输入端；比较器根据解调基准信号输出一逻辑控制信号至模拟开关逻辑控制端，控制模拟开关的导通与截止，分别选择两个反向比例放大器输出的交流信号，并由所述模拟开关输出端输出全波相敏输出信号。所述比较器正向输入端通过限流电阻连接解调基准信号，比较器负向输入端接地，两个微调端端接；比较器输出端通过上拉电阻连接正电源，比较器发射级输出端连接地，从而构成集电OC门输出同频率、同相位方波信号；比较器输出端同时连接稳压二极管。陀螺信号器输出的误差信号首先经过隔直电容滤除其直流分量。还包含一滤除模拟开关输出的全波相敏输出信号纹波的低通滤波器。本技术所达到的有益效果:本技术所述的力平衡电路是挠性陀螺在稳定的激励信号下(加到差动传感器上)，将信号传感器所输出的方位误差信号进行放大处理，得出方位信号。同时，将处理后的信号按一定比例反馈到陀螺信号的力矩器上，使挠性陀螺处于零位，并对挠性陀螺一些误差进行补偿，从而保证了系统的稳定性和动态特性。1、与现有常见挠性陀螺表头所相配伺服回路板相比，本电路采用SMT双面陶瓷基板组装，金属管壳灌封工艺。具有集成度高、体积小、重量轻、低功耗、可靠性高、调试方便。2、电路采用通用线性集成电路，特别是相敏解调电路采用易采购常用器件替代专用集成芯片实现，简洁实用，便于集成组装，从而降低设计和生产成本。3、电路具有增益非线性小、增益稳定性高的优点。电路选用精密低噪声运算放大器，且其小信号带宽和功率带宽足够大，解决微弱信号容易受噪声等干扰的影响的精度问题。选用稳定性较好的集成电路和温度系数较好的阻容元件保证增益稳定性。4、陷波器电路电阻采用厚膜集成电阻，使电路具有较好温度一致性，减少温度对中心频率的影响。电路采用外接阻容器件以适用于不同陀螺参数匹配，有效降低电路体积，提高了电路的可靠性。5、校正环节的选择是力平衡技术值得研究的课题，国内外不同厂家根据各自的需要，研制了各种阻容网络形式，例如桥T网络。本电路采用有源校正网络，所用元件少、成本低、可靠性高，可根据需要外接阻容器件来满足陀螺系统动态和静态性能。【专利附图】【附图说明】图1是陀螺力平衡电路功能框图；图2是相敏解调电路设计原理图；图3是二阶陷波器(带阻滤波器)；图4是校正电路图。【具体实施方式】下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。本技术的陀螺力平衡电路工作原理:在陀螺仪系统中，当陀螺敏感外部角速度产生的敏感陀螺壳体与转子的转角时，传感器(信号器)与检测电路所搭成的桥路失去平衡，输出一个经高频调制后的误差信号Λ u(信号器上加有高频激磁电压)，这个微弱的误差信号通常是毫伏级交流信号，不能直接作为控制信号直接加在陀螺力矩器线圈上。因此需要对其进行解调，得到与其幅值成正比的直流信号，为消除陀螺仪转子倍频干扰和章动效应，在电路设计中增加带阻滤波器(陷波器)，以滤除不需要的频带干扰信号。为了使陀螺仪获得良好动态和静态性能，需要增加频率相位校正环节。校正环节输出的信号驱动能力很差，电路后端必须经过功率放大环节放大，才能产生足够的电流输出到力矩器，使力矩器产生相应的力矩，与陀螺力矩相平衡，从而形成闭环角速度敏感系统。力平衡处理电路主要工作原理如图1所示:陀螺误差信号经过前置高阻抗交流电压放大后，信号进行相敏解调，输出具有正负极性的直流误差信号。为保证系统稳定的工作，再次对该直流信号进行相位网络校正，最后功率放大，加到陀螺力矩器上，以获得足够大的再平衡力矩来确保恢复敏感元件转子轴的位置处于零位工作状态。从而把陀螺拉回并锁定在它的传感器零位上，使系统达到再平衡。本技术的陀螺力平衡电路的功能实现:陀螺信号器本质为一个信号调制器，本电路以16kHZ的正弦信号为载波，并且载波信号幅值被陀螺偏角调制，该载波信号的包络线即为实际陀螺信号调制还原。因此利用相敏解调电路将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本挠性陀螺力平衡电路，其特征是，包括采集陀螺仪敏感外部角速度产生的敏感陀螺壳体与转子的转角信号的信号器，所述信号器输出一个经高频调制后的陀螺误差信号，输出至相敏解调电路，利用相敏解调电路将正弦交流调幅信号变换成与交流输入信号的峰值成线性关系的直流输出信号，经陷波器滤除频带干扰信号后输出至频率相位校正环节，对该直流信号进行校正，再由功放电路进行功率放大产生电流输出信号，加到陀螺力矩器上，使力矩器产生相应的力矩与陀螺力矩相平衡。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，刘尊建，周峻霖，卢剑寒，
申请(专利权)人：中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心，
类型：实用新型
国别省市：