CN105588951A - 一种分子电子型角加速度计微弱信号处理电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于微弱信号处理电路技术领域，具体涉及一种分子电子型角加速度计微弱信号处理电路。本发明提供一种对分子电子型角加速度计信号进行放大、数字化和温度补偿的电路。本发明的信号处理电路，包含：电荷放大电路、信号转换电路、温度检测电路和数字处理电路；分子电子型角加速度计的输出端与电荷放大电路的输入端连接，输出端与信号转换电路的输入端连接，进行信号调整和模数转换，信号转换电路的输出端和温度检测电路的输出端与数字处理电路的输入端连接。本发明实现了对分子电子型角加速度计微弱电荷信号的模拟放大、模数转换和数字处理，减小了环境因素对信号的干扰，并可对信号进行非线性补偿。

Description

一种分子电子型角加速度计微弱信号处理电路

技术领域

本发明属于微弱信号处理电路技术领域，具体涉及一种分子电子型角加速度计微弱信号处理电路。

背景技术

分子电子型角加速度计是一种利用流体力学和分子电化学原理的角加速度测量传感器，用来测量载体相对于传感器敏感轴的角加速度信号。分子电子型角加速度计采用液体作为惯性质量，其工作原理是利用敏感组件内的工作液体的流动导致“转换器件——液体”界面处电荷的转移而形成电势差。通过电极测量转换器件两端的电势差，直接得到与外界角加速度信号相对应的电信号。其输出信号属于微弱电荷信号，极易受到环境因素的干扰，由于工作液体粘度、密度等物理参数会随着温度等环境因素的影响，角加速度计输出信号在全量程和全温度范围内存在非线性偏差。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：提供一种对分子电子型角加速度计信号进行放大、数字化和温度补偿的电路。

本发明的技术方案如下所述：

一种分子电子型角加速度计微弱信号处理电路，包含：电荷放大电路、信号转换电路、温度检测电路和数字处理电路；所述电荷放大电路对角加速度计的微弱电荷信号进行放大处理，所述信号转换电路对经电荷放大电路放大的信号进行调整和模数转换，所述温度检测电路测量角加速度传感器的工作环境温度，所述数字处理电路对角加速度测量值进行数字温度补偿和数字信号输出；其中，分子电子型角加速度计的输出端与电荷放大电路的输入端连接，输出端与信号转换电路的输入端连接，进行信号调整和模数转换，信号转换电路的输出端和温度检测电路的输出端与数字处理电路的输入端连接。

优选的，所述电荷放大电路包括：电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，滤波电容C8，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9，以及电压运算放大器N1；

液环式角加速度计敏感组件输出端先串联电容C1，然后分别串联电阻R1和电容C2，串联R1后接入电压运算放大器N1的负向输入端，串联C2后接入N1的正向输入端；电容C3串联于N1的正负向输入端之间；敏感组件输出端先与N1的正向输入端相连接，再依次串联电阻R5、R6、R8后接模拟地，电容C7与电阻R5并联，滤波电容C8与电阻R6并联；电阻R2一端接入N1的负向输入端，另一端串联电阻R3后接入N1的输出端。电容C4一端接入N1的负向输入端另一端先串联电容C5，然后分别于电阻R9、R4串联，同时电容C4与电阻R2并联；电阻R9的另一端接模拟地；电阻R4的另一端先连接至N1的输出端，在串联电阻R7、R8后接模拟地；电容C6与C5并联，N1的输出端作为电荷放大电路1的输出端与信号转换电路2相连接。

优选的，所述信号转换电路包括：电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15和R16，电容C9、C10、和C11，运算放大器N2、N3和N4；

电阻R10一端连接至参考电压，另一端先接入N2的正向输入端，再与电阻R11串联后接模拟地；N2的反向输入端与输出端短接，N2的正电源输入端与电容C9串联后接模拟地，N2的负电源输入端与电容C10串联后接模拟地；电阻R12串联于N2的输出端和N3的正向输入端之间，R14串联于N3的正向输入端和模拟地之间，R13一端与N3的负向输入端连接，另一端连接至电荷放大电路1的输出；电阻R5串联于N3的反相输入端和输出端之间；N4的正向输入端与N3的输出端相连接，N4的负向输入端与输出端短接；电阻R16一端与N4的输出端相连接，另一端分别连接至电容C4和A/D转换芯片的输入端，电容C4的另一端接至模拟地，A/D转换芯片通过SPI串口与ARM芯片传输数据。

优选的，所述温度检测电路包括电阻R17和温度检测芯片；电阻R17一端连接供电电压，另一端连接温度检测芯片的信号输出端。

优选的，所述数字处理电路包括：ARM芯片和RS422串口芯片；ARM芯片接收A/D转换芯片和温度检测芯片的输出信号，处理后经RS422串口芯片将数字信号输出。

优选的，电阻R1＝1kΩ，R2＝4.7KΩ，R3＝4.7KΩ，R4＝4.3KΩ，R5＝4.7KΩ，R6＝4.7KΩ，R7＝1KΩ，R8＝4.3KΩ，R9＝18KΩ，R10＝10KΩ，R11＝75KΩ，R12＝100KΩ，R13＝1KΩ，R14＝1KΩ，R15＝100KΩ，R16＝1KΩ，R17＝2.1KΩ；

电容C1＝0.1μF，C2＝0.1μF，C3＝1μF，C4＝0.27μF，C5＝0.1μF，C6＝0.1μF，C7＝0.27μF，C9＝1μF，C10＝1μF，C11＝4.7μF；

运算放大器N1型号为OP4177，运算放大器N2、N3和N4型号为AD8630，A/D转换芯片型号为ADS8322，温度检测芯片型号为18B20+，ARM芯片型号为ADUC7022，RS422串口芯片型号为MAX3490。

本发明的有益效果为：

本发明通过将模拟电荷放大电路和以ARM芯片为基础的数字电路相结合，实现对分子电子型角加速度计微弱电荷信号的模拟放大、模数转换和数字处理，减小了环境因素对信号的干扰，并可对信号进行非线性补偿，保证在工作温度范围内角加速度计为线性系统，经多次实践证明补偿效果明显。

附图说明

图1为本发明的分子电子型角加速度计微弱信号处理电路组成框图；

图2为电荷放大电路的电路图；

图3为信号转换电路的电路图；

图4为温度检测电路的电路图；

图5为数字处理电路的电路图；

图中，1-电荷放大电路，2-信号转换电路，3-信号转换电路，4-温度检测电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种分子电子型角加速度计微弱信号处理电路进行详细说明。

如图1所示，本发明的一种分子电子型角加速度计微弱信号处理电路包含电荷放大电路1、信号转换电路2、温度检测电路3和数字处理电路4。所述电荷放大电路1对角加速度计的微弱电荷信号进行放大处理，所述信号转换电路2对经电荷放大电路1放大的信号进行调整和模数转换，所述温度检测电路3测量角加速度传感器的工作环境温度，所述数字处理电路4对角加速度测量值进行数字温度补偿和数字信号输出。分子电子型角加速度计的输出端与电荷放大电路1的输入端连接，输出端与信号转换电路2的输入端连接，进行信号调整和模数转换，信号转换电路2的输出端和温度检测电路3的输出端与数字处理电路4的输入端连接。

如图2所示，所述电荷放大电路1包括：电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，滤波电容C8，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9，以及电压运算放大器N1。

液环式角加速度计敏感组件输出端先串联电容C1，然后分别串联电阻R1和电容C2，串联R1后接入电压运算放大器N1的负向输入端，串联C2后接入N1的正向输入端。电容C3连接于N1的正负向输入端之间。敏感组件输出端先与N1的正向输入端相连接，再依次串联电阻R5、R6、R8后接模拟地，电容C7与电阻R5并联，滤波电容C8与电阻R6并联。电阻R2一端接入N1的负向输入端，另一端串联电阻R3后接入N1的输出端。电容C4一端接入N1的负向输入端另一端先串联电容C5，然后分别于电阻R9、R4串联，同时电容C4与电阻R2并联。电阻R9的另一端接模拟地。电阻R4的另一端先连接至N1的输出端，在串联电阻R7、R8后接模拟地。电容C6与C5并联，N1的输出端作为电荷放大电路1的输出端与信号转换电路2相连接。

如图3所示，所述信号转换电路2包括：电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15和R16，电容C9、C10、和C11，运算放大器N2、N3和N4。

电阻R10一端连接至参考电压，另一端先接入N2的正向输入端，再与电阻R11串联后接模拟地。N2的反向输入端与输出端短接，N2的正电源输入端与电容C9串联后接模拟地，N2的负电源输入端与电容C10串联后接模拟地。电阻R12串联于N2的输出端和N3的正向输入端之间，R14连接于N3的正向输入端和模拟地之间，R13一端与N3的负向输入端连接，另一端连接至电荷放大电路1的输出。电阻R5连接于N3的反相输入端和输出端之间。N4的正向输入端与N3的输出端相连接，N4的负向输入端与输出端短接。电阻R16一端与N4的输出端相连接，另一端分别连接至电容C4和A/D转换芯片的输入端，电容C4的另一端接至模拟地，A/D转换芯片通过SPI串口与ARM芯片传输数据。

如图4所示，所述温度检测电路3包括电阻R17和温度检测芯片。电阻R17一端连接温度检测芯片的供电电压，另一端连接温度检测芯片的信号输出端。

如图5所示，所述数字处理电路4包括：ARM芯片和RS422串口芯片。ARM芯片接收A/D转换芯片和温度检测芯片的输出信号，处理后经RS422串口芯片将数字信号输出。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：

电阻R1＝1kΩ，R2＝4.7KΩ，R3＝4.7KΩ，R4＝4.3KΩ，R5＝4.7KΩ，R6＝4.7KΩ，R7＝1KΩ，R8＝4.3KΩ，R9＝18KΩ，R10＝10KΩ，R11＝75KΩ，R12＝100KΩ，R13＝1KΩ，R14＝1KΩ，R15＝100KΩ，R16＝1KΩ，R17＝2.1KΩ

电容C1＝0.1μF，C2＝0.1μF，C3＝1μF，C4＝0.27μF，C5＝0.1μF，C6＝0.1μF，C7＝0.27μF，C9＝1μF，C10＝1μF，C11＝4.7μF

运算放大器N1型号为OP4177，运算放大器N2、N3和N4型号为AD8630，A/D转换芯片型号为ADS8322，温度检测芯片型号为18B20+，ARM芯片型号为ADUC7022，RS422串口芯片型号为MAX3490。

Claims (6)

1.一种分子电子型角加速度计微弱信号处理电路，包含：电荷放大电路(1)、信号转换电路(2)、温度检测电路(3)和数字处理电路(4)；分子电子型角加速度计的输出端与电荷放大电路(1)的输入端连接，输出端与信号转换电路(2)的输入端连接，进行信号调整和模数转换，信号转换电路(2)的输出端和温度检测电路(3)的输出端与数字处理电路(4)的输入端连接；其特征在于：所述电荷放大电路(1)对角加速度计的微弱电荷信号进行放大处理，所述信号转换电路(2)对经电荷放大电路(1)放大的信号进行调整和模数转换，所述温度检测电路(3)测量角加速度传感器的工作环境温度，所述数字处理电路(4)对角加速度测量值进行数字温度补偿和数字信号输出。

2.如权利要求1所述的分子电子型角加速度计微弱信号处理电路，其特征在于：所述电荷放大电路(1)包括：电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，滤波电容C8，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9，以及电压运算放大器N1；

液环式角加速度计敏感组件输出端先串联电容C1，然后分别串联电阻R1和电容C2，串联R1后接入电压运算放大器N1的负向输入端，串联C2后接入N1的正向输入端；电容C3连接于N1的正负向输入端之间；敏感组件输出端先与N1的正向输入端相连接，再依次串联电阻R5、R6、R8后接模拟地，电容C7与电阻R5并联，滤波电容C8与电阻R6并联；电阻R2一端接入N1的负向输入端，另一端串联电阻R3后接入N1的输出端。电容C4一端接入N1的负向输入端另一端先串联电容C5，然后分别于电阻R9、R4串联，同时电容C4与电阻R2并联；电阻R9的另一端接模拟地；电阻R4的另一端先连接至N1的输出端，在串联电阻R7、R8后接模拟地；电容C6与C5并联，N1的输出端作为电荷放大电路1的输出端与信号转换电路2相连接。

3.如权利要求2所述的分子电子型角加速度计微弱信号处理电路，其特征在于：所述信号转换电路(2)包括：电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15和R16，电容C9、C10、和C11，运算放大器N2、N3和N4；

电阻R10一端连接至参考电压，另一端先接入N2的正向输入端，再与电阻R11串联后接模拟地；N2的反向输入端与输出端短接，N2的正电源输入端与电容C9串联后接模拟地，N2的负电源输入端与电容C10串联后接模拟地；电阻R12串联于N2的输出端和N3的正向输入端之间，R14连接于N3的正向输入端和模拟地之间，R13一端与N3的负向输入端连接，另一端连接至电荷放大电路1的输出；电阻R5连接于N3的反相输入端和输出端之间；N4的正向输入端与N3的输出端相连接，N4的负向输入端与输出端短接；电阻R16一端与N4的输出端相连接，另一端分别连接至电容C4和A/D转换芯片的输入端，电容C4的另一端接至模拟地，A/D转换芯片通过SPI串口与ARM芯片传输数据。

4.如权利要求3所述的分子电子型角加速度计微弱信号处理电路，其特征在于：所述温度检测电路(3)包括电阻R17和温度检测芯片；电阻R17一端连接温度检测芯片的供电电压，另一端连接温度检测芯片的信号输出端。

5.如权利要求4所述的分子电子型角加速度计微弱信号处理电路，其特征在于：所述数字处理电路(4)包括：ARM芯片和RS422串口芯片；ARM芯片接收A/D转换芯片和温度检测芯片的输出信号，处理后经RS422串口芯片将数字信号输出。

6.如权利要求6所述的分子电子型角加速度计微弱信号处理电路，其特征在于：

电阻R1＝1kΩ，R2＝4.7KΩ，R3＝4.7KΩ，R4＝4.3KΩ，R5＝4.7KΩ，R6＝4.7KΩ，R7＝1KΩ，R8＝4.3KΩ，R9＝18KΩ，R10＝10KΩ，R11＝75KΩ，R12＝100KΩ，R13＝1KΩ，R14＝1KΩ，R15＝100KΩ，R16＝1KΩ，R17＝2.1KΩ；

电容C1＝0.1μF，C2＝0.1μF，C3＝1μF，C4＝0.27μF，C5＝0.1μF，C6＝0.1μF，C7＝0.27μF，C9＝1μF，C10＝1μF，C11＝4.7μF；

运算放大器N1型号为OP4177，运算放大器N2、N3和N4型号为AD8630，A/D转换芯片型号为ADS8322，温度检测芯片型号为18B20+，ARM芯片型号为ADUC7022，RS422串口芯片型号为MAX3490。