CN112697120B - 石英音叉陀螺仪开关解调电路 - Google Patents

石英音叉陀螺仪开关解调电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种石英音叉陀螺仪开关解调电路，该电路包括：石英音叉传感器；驱动检测电路，驱动检测电路与石英音叉传感器连接，驱动检测电路用于根据电荷信号输出驱动检测信号；幅值控制电路；驱动信号电路；参考信号电路，参考信号电路与驱动检测电路连接，参考信号电路用于根据驱动检测信号生成解调参考信号；角速度检测电路；解调器，解调器分别与角速度检测电路和参考信号电路连接，解调器用于根据解调参考信号、角速度载波信号和角速度载波反相信号生成角速度解调信号；滤波电路。应用本发明的技术方案，能够解决现有技术中石英音叉陀螺仪开关解调电路输出的角速度信号存在额外误差且额外误差随环境温度发生变化的技术问题。

Description

石英音叉陀螺仪开关解调电路
技术领域
本发明涉及石英音叉陀螺仪测控电路技术领域，尤其涉及一种石英音叉陀螺仪开关解调电路。
背景技术
目前石英音叉陀螺仪测控电路中角速度解调多采用开关解调的方法，该方法采用将与角速度载波信息同频的驱动信号和角速度载波相乘的方法获得角速度信号，亦称同相解调。
现有技术中的石英音叉陀螺仪开关解调电路如图2所示，图2中驱动检测信号11分为两路，一路送至幅值控制电路4以产生用于控制驱动信号12幅值的幅值控制信号13，另一路送至驱动信号电路3以产生驱动信号12，驱动信号12作为解调参考信号送至解调器6，驱动信号12与角速度载波信号14同相，角速度检测电路5输出角速度载波信号14和角速度载波反相信号15，角速度载波信号14和角速度载波反相信号15相位相差180°，两信号作为输入信号输入至解调器6，由解调器6完成开关解调后输出角速度解调信号16，该信号经过滤波电路7滤波后输出角速度信号17。
该方法中解调器6通常采用多路复用器实现，图3为开关解调的原理示意图，当驱动信号12为高电平时，角速度检测电路5输出为角速度载波信号14，当驱动信号12为低电平时，角速度检测电路5输出为角速度载波反相信号15。理论解调信号如图3中所示，解调后信号应均为正半波，但实际电路中驱动信号12高低电平切换不是瞬间完成，从而导致角速度检测电路5输出切换出现延时Ψ，此种延时会使角速度解调信号16出现少量负半波，并使最终角速度信号17出现额外误差。同时，图2所示电路中驱动信号12的幅值(通常为高电平或低电平单一值变化)通常随外界温度变化会产生显著变化，此种变化导致解调实际延时变化，并最终导致角速度信号17中额外误差项随温度产生变化。
发明内容
本发明提供了一种石英音叉陀螺仪开关解调电路，能够解决现有技术中石英音叉陀螺仪开关解调电路输出的角速度信号存在额外误差且额外误差随环境温度发生变化的技术问题。
本发明提供了一种石英音叉陀螺仪开关解调电路，该石英音叉陀螺仪开关解调电路包括：石英音叉传感器，石英音叉传感器用于生成表征驱动叉指位移量的电荷信号；驱动检测电路，驱动检测电路与石英音叉传感器连接，驱动检测电路用于根据电荷信号输出驱动检测信号；幅值控制电路，幅值控制电路与驱动检测电路连接，幅值控制电路用于生成幅值控制信号；驱动信号电路，驱动信号电路分别与驱动检测电路和幅值控制电路连接，驱动信号电路用于根据驱动检测信号生成驱动信号，驱动信号的幅值由幅值控制信号控制；参考信号电路，参考信号电路与驱动检测电路连接，参考信号电路用于根据驱动检测信号生成解调参考信号；角速度检测电路，角速度检测电路与石英音叉传感器连接，角速度检测电路用于根据电荷信号输出角速度载波信号和角速度载波反相信号；解调器，解调器分别与角速度检测电路和参考信号电路连接，解调器用于根据解调参考信号、角速度载波信号和角速度载波反相信号生成角速度解调信号；滤波电路，滤波电路与解调器连接，滤波电路用于根据角速度解调信号生成角速度信号。
进一步地，驱动检测电路包括电荷放大器。
进一步地，驱动信号电路包括比较器。
进一步地，驱动信号与驱动检测信号同频。
进一步地，解调参考信号与驱动检测信号同频。
进一步地，角速度载波信号与角速度载波反相信号相位相差180°。
进一步地，驱动检测信号与角速度载波信号同相。
应用本发明的技术方案，提供了一种石英音叉陀螺仪开关解调电路，该石英音叉陀螺仪开关解调电路通过设置参考信号电路将解调参考信号与驱动信号分离开，并根据解调参考信号进行解调，能够保证解调参考信号幅值为固定值，不随外界环境温度发生变化，从而不会造成角速度信号的额外误差，且避免了因解调信号幅值变化引起的解调误差变化。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中石英音叉陀螺仪开关解调电路输出的角速度信号存在额外误差且额外误差随环境温度发生变化的技术问题。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的具体实施例提供的石英音叉陀螺仪开关解调电路的示意图；
图2示出了现有技术中石英音叉陀螺仪开关解调电路的示意图；
图3示出了图2所示的石英音叉陀螺仪开关解调电路的原理示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、石英音叉传感器；2、驱动检测电路；3、驱动信号电路；4、幅值控制电路；5、角速度检测电路；6、解调器；7、滤波电路；8、参考信号电路；11、驱动检测信号；12、驱动信号；13、幅值控制信号；14、角速度载波信号；15、角速度载波反相信号；16、角速度解调信号；17、角速度信号；18、解调参考信号。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种石英音叉陀螺仪开关解调电路，该石英音叉陀螺仪开关解调电路包括：石英音叉传感器1、驱动检测电路2、幅值控制电路4、驱动信号电路3、参考信号电路8、角速度检测电路5、解调器6和滤波电路7。石英音叉传感器1用于生成表征驱动叉指位移量的电荷信号。驱动检测电路2与石英音叉传感器1连接，驱动检测电路2用于根据电荷信号输出驱动检测信号11。幅值控制电路4与驱动检测电路2连接，幅值控制电路4用于生成幅值控制信号13。驱动信号电路3分别与驱动检测电路2和幅值控制电路4连接，驱动信号电路3用于根据驱动检测信号11生成驱动信号12，驱动信号12的幅值由幅值控制信号13控制。参考信号电路8与驱动检测电路2连接，参考信号电路8用于根据驱动检测信号11生成解调参考信号18。角速度检测电路5与石英音叉传感器1连接，角速度检测电路5用于根据电荷信号输出角速度载波信号14和角速度载波反相信号15。解调器6分别与角速度检测电路5和参考信号电路8连接，解调器6用于根据解调参考信号18、角速度载波信号14和角速度载波反相信号15生成角速度解调信号16。滤波电路7与解调器6连接，滤波电路7用于根据角速度解调信号16生成角速度信号17。
应用此种配置方式，提供了一种石英音叉陀螺仪开关解调电路，该石英音叉陀螺仪开关解调电路通过设置参考信号电路8将解调参考信号18与驱动信号12分离开，并根据解调参考信号18进行解调，能够保证解调参考信号18幅值为固定值，不随外界环境温度发生变化，从而不会造成角速度信号17的额外误差，且避免了因解调信号幅值变化引起的解调误差变化。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中石英音叉陀螺仪开关解调电路输出的角速度信号17存在额外误差且额外误差随环境温度发生变化的技术问题。
进一步地，在本发明中，为了实现驱动检测电路2将石英音叉传感器1由压电效应产生表征驱动叉指位移量的电荷信号转换为电压信号，可配置驱动检测电路2包括电荷放大器。
此外，在本发明中，幅值控制电路4可通过将驱动检测信号11幅值与参考值对比以生成用于控制驱动信号12幅值的幅值控制信号13。
进一步地，在本发明中，为了实现驱动信号电路3根据驱动检测信号11生成驱动信号12，可配置驱动信号电路3包括比较器。同样的，为了实现参考信号电路8根据驱动检测信号11生成解调参考信号18，可配置参考信号电路8包括比较器，比较器输出幅值设定为工作电压。
作为本发明的一个具体实施例，驱动信号12与驱动检测信号11同频，解调参考信号18与驱动检测信号11同频。
此外，在本发明中，角速度检测电路5将石英音叉传感器1输出的电荷信号转换为角速度载波信号14和角速度载波反相信号15，角速度载波信号14与角速度载波反相信号15相位相差180°。
进一步地，在本发明中，角速度载波信号14和角速度载波反相信号15输入至解调器6，解调参考信号18输入解调器6控制解调器6导通通道，输出角速度解调信号16。角速度解调信号16由滤波电路7滤波后输出角速度信号17。作为本发明的一个具体实施例，驱动检测信号11与角速度载波信号14同相。
本发明的石英音叉陀螺仪开关解调电路设计了一种参考信号电路8，通常采用输出幅值固定的比较器实现，该电路根据与角速度载波信号14同相的驱动检测信号11产生了一路幅值固定解调参考信号18，保证了解调延时的稳定性，该解调参考信号18控制解调器6输出，实现开关解调，即同相解调功能。通过上述改进电路设计方案，将解调参考信号18与驱动信号12分离开，保证解调参考信号18幅值为固定值，不随外界环境温度变化，避免了因解调信号幅值变化引起的解调误差的变化。
综上所述，本发明提供了一种石英音叉陀螺仪开关解调电路，该石英音叉陀螺仪开关解调电路通过设置参考信号电路将解调参考信号与驱动信号分离开，并根据解调参考信号进行解调，能够保证解调参考信号幅值为固定值，不随外界环境温度发生变化，从而不会造成角速度信号的额外误差，且避免了因解调信号幅值变化引起的解调误差变化。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中石英音叉陀螺仪开关解调电路输出的角速度信号存在额外误差且额外误差随环境温度发生变化的技术问题。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种石英音叉陀螺仪开关解调电路，其特征在于，所述石英音叉陀螺仪开关解调电路包括：
石英音叉传感器(1)，所述石英音叉传感器(1)用于生成表征驱动叉指位移量的电荷信号；
驱动检测电路(2)，所述驱动检测电路(2)与所述石英音叉传感器(1)连接，所述驱动检测电路(2)用于根据所述电荷信号输出驱动检测信号(11)；
幅值控制电路(4)，所述幅值控制电路(4)与所述驱动检测电路(2)连接，所述幅值控制电路(4)用于生成幅值控制信号(13)；
驱动信号电路(3)，所述驱动信号电路(3)分别与所述驱动检测电路(2)和所述幅值控制电路(4)连接，所述驱动信号电路(3)用于根据所述驱动检测信号(11)生成驱动信号(12)，所述驱动信号(12)的幅值由所述幅值控制信号(13)控制；
参考信号电路(8)，所述参考信号电路(8)与所述驱动检测电路(2)连接，所述参考信号电路(8)用于根据所述驱动检测信号(11)生成解调参考信号(18)；
角速度检测电路(5)，所述角速度检测电路(5)与所述石英音叉传感器(1)连接，所述角速度检测电路(5)用于根据所述电荷信号输出角速度载波信号(14)和角速度载波反相信号(15)；
解调器(6)，所述解调器(6)分别与所述角速度检测电路(5)和所述参考信号电路(8)连接，所述解调器(6)用于根据所述解调参考信号(18)、所述角速度载波信号(14)和所述角速度载波反相信号(15)生成角速度解调信号(16)；
滤波电路(7)，所述滤波电路(7)与所述解调器(6)连接，所述滤波电路(7)用于根据所述角速度解调信号(16)生成角速度信号(17)。
2.根据权利要求1所述的石英音叉陀螺仪开关解调电路，其特征在于，所述驱动检测电路(2)包括电荷放大器。
3.根据权利要求1所述的石英音叉陀螺仪开关解调电路，其特征在于，所述驱动信号电路(3)包括比较器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的石英音叉陀螺仪开关解调电路，其特征在于，所述驱动信号(12)与所述驱动检测信号(11)同频。
5.根据权利要求1所述的石英音叉陀螺仪开关解调电路，其特征在于，所述解调参考信号(18)与所述驱动检测信号(11)同频。
6.根据权利要求1所述的石英音叉陀螺仪开关解调电路，其特征在于，所述角速度载波信号(14)与所述角速度载波反相信号(15)相位相差180°。
7.根据权利要求1所述的石英音叉陀螺仪开关解调电路，其特征在于，所述驱动检测信号(11)与所述角速度载波信号(14)同相。
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