CN109787576A - 一种动力调谐陀螺仪控制电路中的带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种动力调谐陀螺仪控制电路中的带通滤波器，由四通道开关电容滤波器N1和电阻R1～R12组成，三个电阻与N1的一个通道组成一个二阶带通滤波器，两个二阶带通滤波器串接，组成一个四阶带通滤波器，对动力调谐陀螺仪一个轴的信号进行滤波，另一个四阶带通滤波器，对动力调谐陀螺仪另一个轴的信号进行滤波；通过控制N1的输入基准方波频率，使N1的四个通道带通滤波器的中心频率等于动力调谐陀螺仪的转动频率，从而将动力调谐陀螺仪解调后的直流电压信号中的陀螺仪转速频率1倍频干扰信号有效滤除，降低了陀螺仪的输出噪声，提高了陀螺仪的测试精度。
Description
技术领域
本发明涉及动力调谐陀螺仪控制信号处理技术领域，具体为一种动力调谐陀螺仪控制电路中的带通滤波器。
背景技术
动力调谐陀螺仪通过电机带动陀螺飞轮做高速旋转，从而使陀螺飞轮产生动量矩，来达到陀螺飞轮的空间稳定。在陀螺电路测试中发现，陀螺仪在高速旋转的过程中，信号器输出的交流载波信号，其幅度被频率为1倍陀螺仪转速频率的交流信号所调制。此信号为陀螺运转过程中电机对信号器的干扰信号，而且信号幅值很大，增大了陀螺的输出噪声，严重影响了陀螺仪的测试精度，必须采取有效的措施将其滤除。因此在陀螺控制电路中需加入中心频率准确的带通滤波器。在本专利发明之前，传统的带通滤波器是运用运算放大器和电阻电容搭建一个二阶的带通滤波器。将陀螺仪信号器中的1倍频信号滤除。如图1所示。该带通滤波器的缺点是其中心频率不够精准，而且随着环境温度发生变化，其中心频率也会发生偏移。不能满足准确滤除陀螺仪信号中1倍频干扰信号的目的。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种动力调谐陀螺仪控制电路中的带通滤波器，采用开关电容滤波技术，使用本发明电路后，动力调谐陀螺仪解调后的直流电压信号中的陀螺仪转速频率1倍频干扰信号能有效滤除，降低了陀螺仪的输出噪声，提高了陀螺仪的测试精度。
本发明的技术方案为：
所述一种动力调谐陀螺仪控制电路中的带通滤波器，其特征在于：由四通道开关电容滤波器N1和电阻R1～R12组成；
通过控制四通道开关电容滤波器N1的输入基准方波频率，使所述四通道开关电容滤波器N1的四个通道带通滤波器的中心频率等于动力调谐陀螺仪的转动频率；
设四通道开关电容滤波器N1的四个通道为A、B、C、D；
电阻R1、R2、R3和四通道开关电容滤波器N1的B通道组成一个二阶带通滤波器，R4、R5、R6和四通道开关电容滤波器N1的C通道组成另一个二阶带通滤波器，这两个二阶带通滤波器串接，组成一个四阶带通滤波器，用于动力调谐陀螺仪X轴信号滤波；
电阻R7、R8、R9和四通道开关电容滤波器N1的A通道组成一个二阶带通滤波器，R10、R11、R12和四通道开关电容滤波器N1的D通道组成另一个二阶带通滤波器，这两个二阶带通滤波器串接，组成一个四阶带通滤波器，用于动力调谐陀螺仪Y轴信号滤波；
每个二阶带通滤波器的连接方式和电阻参数均相同；三个电阻中的第一电阻的一端为输入端，第一电阻与第三电阻串联后接入四通道开关电容滤波器N1的BP管脚；第一电阻与第三电阻的中间点与四通道开关电容滤波器N1的INV管脚连接，第一电阻与第三电阻的中间点经第二电阻与四通道开关电容滤波器N1的HP/N管脚连接；且四通道开关电容滤波器N1的HP/N管脚为该通道信号的输出端；
两个二阶带通滤波器串接指前一个二阶带通滤波器的输出端连接后一个二阶带通滤波器的输入端。
进一步的优选方案，所述一种动力调谐陀螺仪控制电路中的带通滤波器，其特征在于：四个通道带通滤波器的中心频率均等于输入基准方波频率的二百分之一。
有益效果
本发明的优点是：由开关电容滤波器设计带通滤波器，中心频率精确、稳定，不受环境温度变化影响。只要保证输入基准方波频率，就可以实现对陀螺仪转速频率1倍频干扰信号的精确滤除。从而实现降低陀螺仪的输出噪声，提高了陀螺仪的测试精度的目的。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：传统的带通滤波器原理图；
图2：动力调谐陀螺仪带通滤波器的电原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明是利用开关电容滤波器中心频率精确稳定的特点设计动力调谐陀螺仪转速频率1倍频带通滤波器，实现对陀螺仪转速频率1倍频干扰信号的滤除，达到精确测量的目的。其关键技术是带通滤波器的设计和串联。
本发明主要包含图2中陀螺仪转速频率1倍频带通滤波器。各部分的组成和原理如下：
陀螺仪转速频率1倍频带通滤波器是由开关电容滤波器N1、电阻R1～R12组成，N1为四通道开关电容滤波器LTC1068-200，四个通道编号分别为A、B、C、D，四个通道带通滤波器的中心频率均等于输入基准方波频率的二百分之一，通过控制输入基准方波的频率，保证带通滤波器的中心频率等于陀螺仪的转动频率。由于基准方波的频率可以很准确，所以带通滤波器的中心频率精确、稳定。电路接法如下：电阻R1与R3串联接入开关电容滤波器N1的3管脚，R1与R3的中间点与开关电容滤波器N1的1管脚连接，R1与R3的中间点经R2与开关电容滤波器N1的2管脚连接。开关电容滤波器N1的2管脚为输出该通道信号输出端。其余通道接法与该通道接法相同。如图2所示，R1、R2、R3和开关电容滤波器的B通道组成一个二阶带通滤波器，放大倍数为电阻R3和R1的比值，带通滤波器的Q值为电阻R3和R2的比值；R4、R5、R6和开关电容滤波器的通道C组成另一个二阶带通滤波器，参数与通道B的带通滤波器参数完全一致。两个二阶带通滤波器串接，组成一个四阶带通滤波器，用于滤除陀螺仪转速频率1倍频干扰信号，因为陀螺仪为双自由度，X轴和Y轴信号独立，需要分别处理，上述四阶带通滤波器用于X轴信号的滤波。电阻R7～R12和N1的A通道和D通道组成另一个四阶带通滤波器，用于滤除陀螺仪Y轴的转速频率1倍频干扰信号，接法和参数与X轴的四阶带通滤波器完全一致。
下面给出本发明一个实施例的相关数据。
陀螺仪转速频率同倍频带通滤波器1输入基准方波频率设计为48KHz，各个带通滤波器的中心频率就为240Hz，R1和R2阻值为10KΩ，R3的阻值为49.9KΩ，放大倍数为4.99，Q值为4.99；R4和R5阻值为10KΩ，R6的阻值为49.9KΩ，放大倍数为4.99，Q值为4.99。
依上事例设计，即可实现动力调谐陀螺仪转速频率1倍频干扰信号的滤除，达到降低陀螺仪的输出噪声，提高了陀螺仪的测试精度的目的。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (2)
1.一种动力调谐陀螺仪控制电路中的带通滤波器，其特征在于：由四通道开关电容滤波器N1和电阻R1～R12组成；
通过控制四通道开关电容滤波器N1的输入基准方波频率，使所述四通道开关电容滤波器N1的四个通道带通滤波器的中心频率等于动力调谐陀螺仪的转动频率；
设四通道开关电容滤波器N1的四个通道为A、B、C、D；
电阻R1、R2、R3和四通道开关电容滤波器N1的B通道组成一个二阶带通滤波器，R4、R5、R6和四通道开关电容滤波器N1的C通道组成另一个二阶带通滤波器，这两个二阶带通滤波器串接，组成一个四阶带通滤波器，用于动力调谐陀螺仪X轴信号滤波；
电阻R7、R8、R9和四通道开关电容滤波器N1的A通道组成一个二阶带通滤波器，R10、R11、R12和四通道开关电容滤波器N1的D通道组成另一个二阶带通滤波器，这两个二阶带通滤波器串接，组成一个四阶带通滤波器，用于动力调谐陀螺仪Y轴信号滤波；
每个二阶带通滤波器的连接方式和电阻参数均相同；三个电阻中的第一电阻的一端为输入端，第一电阻与第三电阻串联后接入四通道开关电容滤波器N1的BP管脚；第一电阻与第三电阻的中间点与四通道开关电容滤波器N1的INV管脚连接，第一电阻与第三电阻的中间点经第二电阻与四通道开关电容滤波器N1的HP/N管脚连接；且四通道开关电容滤波器N1的HP/N管脚为该通道信号的输出端；
两个二阶带通滤波器串接指前一个二阶带通滤波器的输出端连接后一个二阶带通滤波器的输入端。
2.根据权利要求1所述一种动力调谐陀螺仪控制电路中的带通滤波器，其特征在于：四个通道带通滤波器的中心频率均等于输入基准方波频率的二百分之一。
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