CN105277186B - 用于金属振动陀螺的数字差分信号检测电路及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于金属振动陀螺的数字差分信号检测电路，包含：第一信号处理模块、第二信号处理模块、数字处理器。本发明还公开了一种用于金属振动陀螺的数字差分信号检测方法，包含如下步骤：步骤1：输入同相端和反相端信号；步骤2：对同相端和反相端信号进行信号调理；步骤3：对信号调理后的同相端和反相端信号进行模数转换；步骤4：对模数转换后的同相端信号和反相端信号进行差分合成。本发明能够在不降低模数转换器转换频率的前提下提高其信号分辨率，改善信号的抗干扰能力，并成倍提高输入信号电压峰峰值范围，提高金属振动陀螺的信号检测精度，进而提高金属振动陀螺的整体性能。

Description

用于金属振动陀螺的数字差分信号检测电路及其检测方法
技术领域
本发明涉及金属振动陀螺控制系统，特别涉及一种用于金属振动陀螺的数字差分信号检测电路及其检测方法。
背景技术
现有的微纳卫星控制系统所采用的金属振动陀螺对金属振动陀螺的精度要求越来越高，模拟控制的金属振动陀螺组合已经达不到所需精度，数字控制方式成为金属振动陀螺的主要研究方向。
数字控制的金属振动陀螺需要利用模数转换器(ADC)将模拟信号转换成为数字信号来检测金属振动陀螺信号。模数转换器的转换电压范围、电压分辨精度及抗干扰能力决定了金属振动陀螺的信号检测精度，进而决定了金属振动陀螺数字控制的精度。
传统的金属振动陀螺数字差分信号检测电路采用先差分合成再模数转换的方式，此种转换方式，差分合成电路采用全模拟的方式，其同相端和反相端模拟电路特性难于一致，导致抗共模干扰能力降低，易受外界电压干扰；受限于全模拟差分合成电路采用的运放工作电压范围，全模拟差分合成电路差分输入信号和差分合成输出信号的电压范围受到限制，难以获得高分辨率的模数转换信号。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于金属振动陀螺的数字差分信号检测电路及其检测方法，能够在不降低模数转换器转换频率的前提下提高其信号分辨率，改善信号的抗干扰能力，并成倍提高输入信号电压峰峰值范围，提高金属振动陀螺的信号检测精度，进而提高金属振动陀螺的整体性能。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于金属振动陀螺的数字差分信号检测电路，包含：
第一信号处理模块，所述的第一信号处理模块包含串联连接的第一信号调理电路和第一模数转换器；
第二信号处理模块，所述的第二信号处理模块包含串联连接的第二信号调理电路和第二模数转换器；
数字处理器，所述的数字处理器的输入端分别与第一模数转换器和第二模数转换器的输出端相连。
所述的第一信号调理电路的输入为金属振动陀螺差分信号的同相端信号，该第一信号调理电路将调理后的金属振动陀螺差分信号的同相端信号输出至第一模数转换器；所述的第二信号调理电路的输入为金属振动陀螺差分信号的反相端信号，该第二信号调理电路将调理后的金属振动陀螺差分信号的反相端信号输出至第二模数转换器。
所述的数字处理器控制第一模数转换器和第二模数转换器，该数字处理器接收第一模数转换器和第二模数转换器输出的数字信号，并对金属振动陀螺差分信号的同相端信号和反相端信号进行差分合成。
所述的数字处理器提取金属振动陀螺差分信号的同相端信号和反相端信号的信号幅值，对同相端信号和反相端信号的信号幅值进行作差以判断是否差值过大，若差值不过大，则对同相端信号和反相端信号的信号幅值进行溢出判断，若都不溢出，则对同相端信号和反相端信号进行差分合成。
一种用于金属振动陀螺的数字差分信号检测方法，包含如下步骤：
步骤1：将金属振动陀螺差分信号的同相端信号输入数字差分信号检测电路的第一信号处理模块，反相端信号输入数字差分信号检测电路的第二信号处理模块；
步骤2：所述的第一信号处理模块的第一信号调理电路对所述步骤1中输入的同相端信号进行信号调理，所述的第二信号处理模块的第二信号调理电路对步骤1中输入的反相端信号进行信号调理；
步骤3：所述的第一信号处理模块的第一模数转换器对信号调理后的同相端信号进行模数转换，所述的第二信号处理模块的第二模数转换器对信号调理后的反相端信号进行模数转换；
步骤4：数字差分信号检测电路的数字处理器对步骤3中模数转换后的同相端信号和反相端信号进行差分合成。
所述的步骤4包含如下子步骤：
步骤4.1：数字处理器提取同相端信号幅值和反相端信号幅值；
步骤4.2：数字处理器对步骤4.1提取的反相端信号幅值和同相端信号幅值进行作差并进行差值判断，如果差值过大，则进行故障诊断；
步骤4.3：判断同相端信号幅值是否幅值溢出，若幅值溢出，则进行故障诊断；判断反相端信号幅值是否幅值溢出，若幅值溢出，则进行故障诊断；
步骤4.3：如果同相端信号幅值和反相端信号幅值同时未溢出，数字处理器则对同相端信号和反相端信号进行差分合成。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、通过两路信号调理电路对差分信号同相端和反相端信号分别隔离放大，确保模拟电路特性的一致性。
2、通过两路模数转换器在差分信号合成前进行模数转换，倍增输入信号电压检测范围，提高信号的信噪比和电压分辨率，改善信号抗干扰能力。
3、通过数字处理器合成差分信号，排除模拟电压对信号电压的干扰，提高了差分信号的检测精度，进而提高金属振动陀螺的整体性能。
附图说明
图1为本发明用于金属振动陀螺的数字差分信号检测电路的电路原理图；
图2为本发明用于金属振动陀螺的数字差分信号检测方法的方法流程图；
图3为本发明用于金属振动陀螺的数字差分信号检测方法的步骤4的方法原理图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种用于金属振动陀螺的数字差分信号检测电路，包含第一信号处理模块1、第二信号处理模块2和数字处理器3。其中，第一信号处理模块1包含串联连接的第一信号调理电路11和第一模数转换器12；第二信号处理模块2包含串联连接的第二信号调理电路21和第二模数转换器22；数字处理器3的输入端分别与第一模数转换器12和第二模数转换器22的输出端相连。
第一信号调理电路11的输入为金属振动陀螺差分信号的同相端信号，第二信号调理电路21的输入为金属振动陀螺差分信号的反相端信号，利用两路信号调理电路对差分输入信号的同相端和反相端信号进行电压跟随，对信号源和作为信号源负载的检测电压进行缓冲隔离，使信号源与信号检测电路之间互不影响，可以保证差分同相端和反相端信号模拟电路特性一致，并在减少模拟差分运放的同时扩展信号检测电压范围，提高电压检测分辨精度和抗干扰能力。
第一信号调理电路11将调理后的金属振动陀螺差分信号的同相端信号输出至第一模数转换器12，第二信号调理电路21将调理后的金属振动陀螺差分信号的反相端信号输出至第二模数转换器22，在金属振动陀螺差分信号同相端和反相端信号合成前对同相端和反相端信号分别进行模数转换，可以提高通过倍增信号电压范围，提高了信号电压的分辨精度，进而提高信号的信噪比。
数字处理器3控制第一模数转换器12和第二模数转换器22，该数字处理器3接收第一模数转换器12和第二模数转换器22输出的数字信号，并对金属振动陀螺差分信号的同相端信号和反相端信号进行差分合成。数字处理器3提取金属振动陀螺差分信号的同相端信号和反相端信号的信号幅值，对同相端信号和反相端信号的信号幅值进行作差以判断是否差值过大，若差值不过大，则对同相端信号和反相端信号的信号幅值进行溢出判断，若都不溢出，则对同相端信号和反相端信号进行差分合成，假定金属振动陀螺差分信号的同相端和反相端信号电压范围为±U，模数转换器的转换电压范围为±2U，则可以将金属振动陀螺差分信号的同相端和反相端信号电压范围倍增为±2U，从而提高信号的信噪比，并提高了信号电压的分辨精度，并且排除了模拟合成方式中模拟电压对信号电压的干扰，提高了差分信号的检测精度，进而提高金属振动陀螺的整体性能。
利用上述的差分信号检测电路，其检测方法如图2所示，包含如下步骤：
步骤1：将金属振动陀螺差分信号的同相端信号输入数字差分信号检测电路的第一信号处理模块1的第一信号调理电路11，反相端信号输入数字差分信号检测电路的第二信号处理模块2的第二信号调理电路21。
步骤2：第一信号调理电路11对步骤1中输入的同相端信号进行信号调理，第二信号调理电路21对步骤1中输入的反相端信号进行信号调理。
步骤3：第一模数转换器12对信号调理后的同相端信号进行模数转换，第二模数转换器22对信号调理后的反相端信号进行模数转换。
步骤4：数字差分信号检测电路的数字处理器3对步骤3中模数转换后的同相端信号和反相端信号进行差分合成。如图3所示，具体步骤如下：
步骤4.1：数字处理器3提取同相端信号幅值和反相端信号幅值。
步骤4.2：数字处理器3对反相端信号幅值和同相端信号幅值进行作差并进行差值判断，如果差值过大，则进行故障诊断。
步骤4.3：判断同相端信号幅值是否幅值溢出，若幅值溢出，则进行故障诊断；判断反相端信号幅值是否幅值溢出，若幅值溢出，则进行故障诊断。
步骤4.3：如果同相端信号幅值和反相端信号幅值同时未溢出，数字处理器3则对同相端信号和反相端信号进行差分合成。
综上所述，本发明用于金属振动陀螺的数字差分信号检测电路及其检测方法，能够在不降低模数转换器转换频率的前提下提高其信号分辨率，改善信号的抗干扰能力，并成倍提高输入信号电压峰峰值范围，提高金属振动陀螺的信号检测精度，进而提高金属振动陀螺的整体性能。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种用于金属振动陀螺的数字差分信号检测电路，其特征在于，包含：
第一信号处理模块(1)，所述的第一信号处理模块(1)包含串联连接的第一信号调理电路(11)和第一模数转换器(12)；所述的第一信号调理电路(11)的输入为金属振动陀螺差分信号的同相端信号，该第一信号调理电路(11)将调理后的金属振动陀螺差分信号的同相端信号输出至第一模数转换器(12)；
第二信号处理模块(2)，所述的第二信号处理模块(2)包含串联连接的第二信号调理电路(21)和第二模数转换器(22)；所述的第二信号调理电路(21)的输入为金属振动陀螺差分信号的反相端信号，该第二信号调理电路(21)将调理后的金属振动陀螺差分信号的反相端信号输出至第二模数转换器(22)；
数字处理器(3)，所述的数字处理器(3)的输入端分别与第一模数转换器(12)和第二模数转换器(22)的输出端相连，将第一模数转换器(12)输出的数字信号的同相端信号和第二模数转换器(22)输出的数字信号的反相端信号进行差分合成。
2.如权利要求1所述的用于金属振动陀螺的数字差分信号检测电路，其特征在于，
所述的数字处理器(3)控制第一模数转换器(12)和第二模数转换器(22)，该数字处理器(3)接收第一模数转换器(12)和第二模数转换器(22)输出的数字信号，并对金属振动陀螺差分信号的同相端信号和反相端信号进行差分合成。
3.如权利要求1或2所述的用于金属振动陀螺的数字差分信号检测电路，其特征在于，
所述的数字处理器(3)提取金属振动陀螺差分信号的同相端信号和反相端信号的信号幅值，对同相端信号和反相端信号的信号幅值进行作差以判断是否差值过大，若差值不过大，则对同相端信号和反相端信号的信号幅值进行溢出判断，若都不溢出，则对同相端信号和反相端信号进行差分合成。
4.一种用于金属振动陀螺的数字差分信号检测方法，其特征在于，包含如下步骤：
步骤1：将金属振动陀螺差分信号的同相端信号输入数字差分信号检测电路的第一信号处理模块(1)，反相端信号输入数字差分信号检测电路的第二信号处理模块(2)；
步骤2：所述的第一信号处理模块(1)的第一信号调理电路(11)对所述步骤1中输入的同相端信号进行信号调理，所述的第二信号处理模块(2)的第二信号调理电路(21)对步骤1中输入的反相端信号进行信号调理；
步骤3：所述的第一信号处理模块(1)的第一模数转换器(12)对信号调理后的同相端信号进行模数转换，所述的第二信号处理模块(2)的第二模数转换器(22)对信号调理后的反相端信号进行模数转换；
步骤4：数字差分信号检测电路的数字处理器(3)对步骤3中模数转换后的同相端信号和反相端信号进行差分合成。
5.如权利要求4所述的用于金属振动陀螺的数字差分信号检测方法，其特征在于，所述的步骤4包含如下子步骤：
步骤4.1：数字处理器(3)提取同相端信号幅值和反相端信号幅值；
步骤4.2：数字处理器(3)对步骤4.1提取的反相端信号幅值和同相端信号幅值进行作差并进行差值判断，如果差值过大，则进行故障诊断；
步骤4.3：判断同相端信号幅值是否幅值溢出，若幅值溢出，则进行故障诊断；判断反相端信号幅值是否幅值溢出，若幅值溢出，则进行故障诊断；
步骤4.3：如果同相端信号幅值和反相端信号幅值同时未溢出，数字处理器(3)则对同相端信号和反相端信号进行差分合成。
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