CN103389091A - 模拟加速度计输出信号传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟加速度计输出信号传输装置，属于模拟信号传输领域。本发明通过将模拟加速度计输出信号传输装置直接集成在加速度计上，加速度计输出信号经过电压跟随电路和差分处理电路直接转化为差分电压信号，然后经过双绞线输出到采样模块。本发明解决了加速度计输出信号在传输过程中易引入电磁干扰信号的问题，提高了模拟加速度计输出信号的采样精度。

Description

模拟加速度计输出信号传输装置

技术领域

本发明属于模拟信号传输领域，主要涉及到模拟加速度计输出信号的传输装置，尤其是涉及到惯性导航系统中的加速度计输出信号的传输装置。

背景技术

惯性导航系统是用加速度计和陀螺仪来感应载体加速度和角速度的瞬时变化量，通过采样模块采集加速度计与陀螺仪的输出信号并送入导航计算机，导航计算机根据导航算法便可以得到载体的姿态、速度、位置等信息。加速度计与陀螺仪数据的传输精度会严重影响到惯性导航系统的整体性能。

惯性导航系统的使用环境中电磁干扰信号十分复杂，而加速度计与采样模块一般是通过导线将加速度计输出信号引入采样模块然后进行信号采样，信号导线在电磁环境中会因为电磁干扰而产生干扰信号，输送到采样模块的信号就成了加速度计输出信号与外界电磁干扰信号的叠加信号，这就会影响到采样模块对加速度计的采样精度，从而影响到整个惯性导航系统的精度和可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服加速度计信号在传输过程中容易受到外界电磁干扰而造成信号采样不准确的缺点，提供一种增强模拟加速度计输出信号抗干扰能力的传输装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的传输装置包括供电电源、电压跟随器电路、差分处理电路及双绞线；

所述电压跟随器电路由第一电阻及第一运算放大器组成，第一电阻一端接第一运算放大器的正输入端，另一端与供电电源地连接，第一电阻的阻值取决于加速度计的使用量程，第一运算放大器的正电源端与供电电源的正输出端连接，第一运算放大器的负电源端与供电电源的负输出端连接，加速度计输出的电流信号经第一电阻转化为电压信号U1，第一运算放大器对电压信号U1进行放大后，由输出端输出电压信号U2；

所述差分处理电路由第二电阻至第八电阻、第二运算放大器和第三运算放大器组成，第二电阻一端接供电电源地，另一端接第二运算放大器的负输入端，第三电阻一端接第二运算放大器的负输入端，另一端接第二运算放大器的输出端，第五电阻一端接第一运算放大器的输出端，另一端接第二运算放大器的正输入端，第六电阻一端接供电电源地，另一端接第二运算放大器的正输入端，第二运算放大器对电压信号U2进行放大后，由输出端输出电压信号Uout+；第七电阻一端接第一运算放大器的输出端，另一端接第三运算放大器的负输入端，第四电阻一端接第三运算放大器的负输入端，另一端接第三运算放大器的输出端，第八电阻一端接供电电源地，另一端接第三运算放大器的正输入端；第三运算放大器对电压信号U2进行放大后，由输出端输出电压信号Uout-；第二电阻至第八电阻的阻值满足以下要求：

$\frac{R4}{R7}=\frac{R2+R3}{R5+R6}*\frac{R6}{R2}=\frac{1}{2}$

所述双绞线中的一根导线一端接第二运算放大器的输出端，另一端接采样模块的正输入端，双绞线中的另一根导线一端接第三运算放大器的输出端，另一端接采样模块的负输入端；传输装置集成在模拟加速度计上，其中模拟加速度计的信号输出管脚与第一运算放大器的正输入端连接，模拟加速度计的地管脚与供电电源地连接在一起。

在本发明中第一电阻选取阻值为300欧的电阻，第二电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻均选择阻值为2千欧的电阻，第三电阻、第四电阻选择阻值为1千欧的电阻，第五电阻选择阻值为4千欧的电阻。

本发明通过将模拟加速度计输出信号传输装置直接集成在加速度计上，加速度计输出信号经过电压跟随电路和差分处理电路直接转化为差分电压信号，然后经过双绞线输出到采样模块。由于进入双绞线的信号为差分信号，而差分信号经过双绞线传输过程中引入的干扰信号在采样模块中会相互抵消，因此解决了加速度计输出信号在传输过程中易引入电磁干扰信号的问题，从而提高了模拟加速度计输出信号的采样精度。

附图说明

图1是本发明模拟加速度计输出信号传输装置的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

根据图1所示，本发明优选实施例是针对输出为电流信号的模拟加速度计输出信号的传输装置，本装置包括供电电源、电压跟随器电路、差分处理电路及双绞线四个部分。

电压跟随器电路由第一电阻R1及第一运算放大器N1组成，第一电阻R1为加速度计采样电阻，一端接第一运算放大器N1的正输入端，另一端与供电电源地连接，其阻值取决于加速度计的使用量程，第一运算放大器N1的正电源端与供电电源的正输出端连接，第一运算放大器N1的负电源端与供电电源的负输出端连接。加速度计输出电流信号经第一电阻R1转化为电压信号U1，第一运算放大器N1对电压信号U1进行放大后，由输出端输出电压信号U2，电压跟随器电路可以使得第一运算放大器N1输出电压信号U2不受后端阻抗变化影响，第一运算放大器N1输出端电压信号U2为：

U2＝U1＝R1*Iin

其中，Iin为模拟加速度计输出电流。

差分处理电路由第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二运算放大器N2和第三运算放大器N3组成，第二电阻R2一端接供电电源地，另一端接第二运算放大器N2的负输入端，第三电阻R3一端接第二运算放大器N2的负输入端，另一端接第二运算放大器N2的输出端，第五电阻R5一端接第一运算放大器N1的输出端，另一端接第二运算放大器N2的正输入端，第六电阻R6一端接供电电源地，另一端接第二运算放大器N2的正输入端，第二运算放大器N2的正电源端与供电电源的正输出端连接，第二运算放大器N2的负电源端与供电电源的负输出端连接。第二运算放大器N2对电压信号U2进行放大后，由输出端输出电压信号Uout+，由运算放大器原理可知，其值为：

$\mathrm{Uout}+=\frac{R2+R3}{R5+R6}*\frac{R6}{R2}*U2$

第七电阻R7一端接第一运算放大器N1的输出端，另一端接第三运算放大器N3的负输入端，第四电阻R4一端接第三运算放大器N3的负输入端，另一端接第三运算放大器N3的输出端，第八电阻R8一端接供电电源地，另一端接第三运算放大器N3的正输入端，第三运算放大器N3的正电源端与供电电源的正输出端连接，第三运算放大器N3的负电源端与供电电源的负输出端连接。第三运算放大器N3对电压信号U2进行放大后，由输出端输出电压信号Uout-，由运算放大器原理可知，其值为：

$\mathrm{Uout}-=-\frac{R4}{R7}*U2$

在进行第二电阻R2到第八电阻R8的电阻选择时，一般选几千欧即可，为使得 $\mathrm{Uout}+=-\mathrm{Uout}-=\frac{1}{2}U2,$ 则要求：

$\frac{R4}{R7}=\frac{R2+R3}{R5+R6}*\frac{R6}{R2}=\frac{1}{2}$

双绞线中的一根导线一端接第二运算放大器N2的输出端，另一端接采样模块的正输入端，双绞线中的另一根导线一端接第三运算放大器N3的输出端，另一端接采样模块的负输入端，双绞线长度视加速度计与采样模块之间距离而定。

假设外界电磁干扰对单根导线叠加的干扰信号为Ui，则双绞线传输到采样模块的信号分别为Ui+Uout+和Ui+Uout-，采样模块采集到的加速度计输出信号U3即为

U3＝(Ui+Uout+)-(Ui+Uout-)

＝Uout+-Uout-

＝U1

由上式可知，干扰信号得到了滤除，采样模块得到加速度计输出的正确信号。

本发明需要用到三个运算放大器和八个电阻，本实施例中运算放大器选择芯片AD813AR，该芯片包含三路运算放大器，分别为第一运算放大器N1，第二运算放大器N2，第三运算放大器N3，第一电阻R1选取阻值为300欧的电阻，第二电阻R2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8均选择阻值为2千欧的电阻，第三电阻R3、第四电阻R4选择阻值为1千欧的电阻，第五电阻R5选择阻值为4千欧的电阻。

本装置需要集成在模拟加速度计上，其中模拟加速度计信号输出管脚与本装置的输入端连接在一起，模拟加速度计的地管脚与本装置的地连接在一起，这样可以使得模拟加速度计的输出信号直接转化为差分信号，然后经过双绞线输出到采样模块，而差分信号经过双绞线传输过程中引入的干扰信号在采样模块中会相互抵消，从而滤除了在信号传输过程中引入的干扰信号，提高了模拟加速度计输出信号的采样精度。

Claims (2)

1.一种模拟加速度计输出信号传输装置，其特征在于：它包括供电电源、电压跟随器电路、差分处理电路及双绞线；

所述电压跟随器电路由第一电阻（R1）及第一运算放大器（N1）组成，第一电阻（R1）一端接第一运算放大器（N1）的正输入端，另一端与供电电源地连接，第一电阻（R1）的阻值取决于加速度计的使用量程，第一运算放大器（N1）的正电源端与供电电源的正输出端连接，第一运算放大器（N1）的负电源端与供电电源的负输出端连接，加速度计输出的电流信号经第一电阻（R1）转化为电压信号U1，第一运算放大器（N1）对电压信号U1进行放大后，由输出端输出电压信号U2；

所述差分处理电路由第二电阻至第八电阻（R2～R8）、第二运算放大器（N2）和第三运算放大器（N3）组成，第二电阻（R2）一端接供电电源地，另一端接第二运算放大器（N2）的负输入端，第三电阻（R3）一端接第二运算放大器（N2）的负输入端，另一端接第二运算放大器（N2）的输出端，第五电阻（R5）一端接第一运算放大器（N1）的输出端，另一端接第二运算放大器（N2）的正输入端，第六电阻（R6）一端接供电电源地，另一端接第二运算放大器（N2）的正输入端，第二运算放大器（N2）对电压信号U2进行放大后，由输出端输出电压信号Uout+；第七电阻（R7）一端接第一运算放大器（N1）的输出端，另一端接第三运算放大器（N3）的负输入端，第四电阻（R4）一端接第三运算放大器（N3）的负输入端，另一端接第三运算放大器（N3）的输出端，第八电阻（R8）一端接供电电源地，另一端接第三运算放大器（N3）的正输入端；第三运算放大器（N3）对电压信号U2进行放大后，由输出端输出电压信号Uout-；第二电阻至第八电阻（R2～R8）的阻值满足以下要求：

$\frac{R4}{R7}=\frac{R2+R3}{R5+R6}*\frac{R6}{R2}=\frac{1}{2}$

所述双绞线中的一根导线一端接第二运算放大器（N2）的输出端，另一端接采样模块的正输入端，双绞线中的另一根导线一端接第三运算放大器（N3）的输出端，另一端接采样模块的负输入端；传输装置集成在模拟加速度计上，其中模拟加速度计的信号输出管脚与第一运算放大器（N1）的正输入端连接，模拟加速度计的地管脚与供电电源地连接在一起。

2.根据权利要求1所述的模拟加速度计输出信号传输装置，其特征在于：所述第一电阻（R1）选取阻值为300欧的电阻，所述第二电阻（R2）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）和第八电阻（R8）均选择阻值为2千欧的电阻，所述第三电阻（R3）和第四电阻（R4）均选择阻值为1千欧的电阻，所述第五电阻（R5）选择阻值为4千欧的电阻。

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