CN112710290A - 石英陀螺的闭环检测集成电路 - Google Patents

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尹亮
宋大君
付强
于明
王林
李宏博
张宇峰
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Abstract

本发明公开了一种石英陀螺的闭环检测集成电路，所述闭环检测集成电路包括电荷放大器、比例放大器、解调电路、滤波电路，陀螺等效电路模型的输出角速度信号和载波信号输出端连接电荷放大器的微弱正弦激励信号输入端，电荷放大器的输出端连接比例放大器的输入端，比例放大器的输出端连接解调电路的一个输出端，解调电路的另一个输入端由解调控制电压V control 控制，解调电路的输出端连接滤波电路，滤波电路对微弱角速度信号和载波信号，得到微弱角速度信号，该角速度信号反馈回陀螺等效电路模型，完成闭环检测的目标。本发明的控制方法简单，易于实现，解决了开环检测精度不高、线性度不高的问题。

Description

石英陀螺的闭环检测集成电路
技术领域
本发明属于传感器领域，涉及一种全新结构的石英陀螺传感器闭环检测集成电路。
背景技术
石英陀螺传感器是航天、国防和工业领域中重要的传感器之一，其在飞行器和武器系统中的应用已经日渐广泛。我国近些年对石英陀螺传感器的研究也日趋成熟，随着飞行器和武器系统性能的不断提高，对石英陀螺传感器的各方面性能的要求也不断提高，其驱动控制电路的低噪声、高稳定性、低失真度和高度集成化是保证石英陀螺传感器高性能及其大范围应用的前提条件。
石英陀螺传感器检测电路的设计普遍采用开环检测的方式。开关检测方式，设计方案简单，易于实现，然而，由于没有采用闭环控制，其检测线性度和精度往往不高，限制了石英陀螺传感器的应用领域。
发明内容
本发明为了解决石英陀螺传感器检测电路单独采用开环检测存在的问题，提供了一种石英陀螺的闭环检测集成电路。该闭环检测电路直接将滤波得到的输入角速度信号反馈回石英陀螺检测敏感结构，进行负反馈控制，控制方法简单，易于实现，解决了开环检测精度不高、线性度不高的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种石英陀螺的闭环检测集成电路，包括电荷放大器、比例放大器、解调电路、滤波电路，其中：
陀螺等效电路模型的内部由输出角速度信号和载波信号作为输出，陀螺等效电路模型的输出角速度信号和载波信号输出端连接电荷放大器的微弱正弦激励信号输入端，电荷放大器的输出端连接比例放大器的输入端，比例放大器将微弱减速度信号和载波信号放大；比例放大器的输出端连接解调电路的一个输出端，解调电路对微弱角速度信号和载波信号进行解调，分离出低频微弱角速度信号和高频载波信号；解调电路的另一个输入端由解调控制电压V control 控制，控制开关的周期变化对信号进行解调；解调电路的输出端连接滤波电路，滤波电路对微弱角速度信号和载波信号，得到微弱角速度信号，该角速度信号反馈回陀螺等效电路模型，完成闭环检测的目标。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明的石英陀螺检测集成电路的输出信号经过解调电路解调后，直接反馈进入石英陀螺检测敏感结构的输入端，将石英陀螺检测敏感结构放进了闭环系统中，大大提高了检测精度和检测线性度水平。
附图说明
图1为本发明石英陀螺闭环检测集成电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种石英陀螺闭环检测集成电路，如图1所示，所述闭环检测集成电路包括电荷放大器101、比例放大器102、解调电路103、滤波电路104和控制电压V control ，其中：
陀螺等效电路模型100的内部由输出角速度信号和载波信号作为输出，陀螺等效电路模型100的输出角速度信号和载波信号输出端连接电荷放大器101的微弱正弦激励信号输入端，电荷放大器101的输出端连接比例放大器102的输入端，比例放大器102将微弱减速度信号和载波信号放大；比例放大器108的输出端连接解调电路103的一个输出端，解调电路103对微弱角速度信号和载波信号进行解调，分离出低频微弱角速度信号和高频载波信号；解调电路的另一个输入端由解调控制电压V control 控制，控制开关的周期变化对信号进行解调；解调电路103的输出端连接滤波电路104，滤波电路104对微弱角速度信号和载波信号，得到微弱角速度信号，该角速度信号反馈回陀螺等效电路模型100，完成闭环检测的目标。
本发明中，电荷放大器101由运算放大器A1、电容CF和电阻RF组成，其中：运算放大器A1的同相输入端接地，运算放大器A1的反相输入端、电容CF的一端和电阻RF的一端的公共节点作为电荷放大器101的输入端，电容CF的另一端和电阻RF的另一端的公共节点连接比例放大器102的输入端。
本发明中，比例放大器102由两个相同的运算放大器A2、电阻R1、R2、R3、R4组成，其中：运算放大器A2的同相输入端都接地，两个运算放大器A2的反向输入端、电阻R1、R2和R3、R4的两个公共节点作为电荷放大器的输入端，电阻R2、R4和两个运算放大器A2的反相输出端的公共节点连接解调电路103。
本发明中，解调电路103由两个开关盒解调控制电压V control 组成，两个开关的一端分别作为解调电路103的输入端，两个开关的输出分别连接滤波电路104。
本发明中，滤波电路104由电容C2、电容C7、电阻R6、电阻R7和运算放大器A3组成，电容C2的一端接地，电容C2的另一端和电阻R6、R7的一个公共端作为滤波电路104的输入端，电阻R6和电容C7的公共节点作为运算放大器A3的输入端，运算放大器A3的输出端和电容C7、电阻R7的公共节点作为滤波电路104的输出端，滤波电路104的输出端连接陀螺等效电路模型100的一个输入端。
本发明石英陀螺闭环检测集成电路的工作原理如下：
陀螺等效电路模型100的内部由输出角速度信号和载波信号作为输出，陀螺等效电路模型100的输出角速度信号和载波信号输出端连接电荷放大器101的微弱正弦激励信号输入端，电荷放大器101的输出端连接比例放大器102的输入端，比例放大器102将微弱减速度信号和载波信号放大；放大后的输出角速度信号和载波信号被转换为相位相差180°的两路信号，进入解调电路103的两个不同的输入端，解调电路采用开关相敏解调的方式对输出角速度信号和载波信号进行解调，解调电路的控制端由周期与载波信号相同的方波V control 控制，开关周期关闭打开，对输出角速度信号和载波信号进行解调。该解调方式精度较高，设计简单，将低频输入角速度信号和高频载波信号分离开，便于后续的滤波设计，提取出低频输入角速度信号。解调电路103的输出端连接滤波电路104的输入端，滤波电路采用二阶滤波的方式，滤除高频载波信号，得到低频待测输入角速度信号。该待测角速度信号直接反馈回石英陀螺检测敏感结构的输入端，达到对输入角速度的闭环检测目的，将石英陀螺检测敏感结构放入整个闭环系统中，增加了检测的精度和线性度。

Claims (5)

1.一种石英陀螺的闭环检测集成电路，其特征在于所述闭环检测集成电路包括电荷放大器、比例放大器、解调电路、滤波电路，其中：
陀螺等效电路模型的内部由输出角速度信号和载波信号作为输出，陀螺等效电路模型的输出角速度信号和载波信号输出端连接电荷放大器的微弱正弦激励信号输入端，电荷放大器的输出端连接比例放大器的输入端，比例放大器将微弱减速度信号和载波信号放大；比例放大器的输出端连接解调电路的一个输出端，解调电路对微弱角速度信号和载波信号进行解调，分离出低频微弱角速度信号和高频载波信号；解调电路的另一个输入端由解调控制电压V control 控制，控制开关的周期变化对信号进行解调；解调电路的输出端连接滤波电路，滤波电路对微弱角速度信号和载波信号，得到微弱角速度信号，该角速度信号反馈回陀螺等效电路模型，完成闭环检测的目标。
2.根据权利要求1所述的石英陀螺的闭环检测集成电路，其特征在于所述电荷放大器由运算放大器A1、电容CF和电阻RF组成，其中：运算放大器A1的同相输入端接地，运算放大器A1的反相输入端、电容CF的一端和电阻RF的一端的公共节点作为电荷放大器的输入端，电容CF的另一端和电阻RF的另一端的公共节点连接比例放大器的输入端。
3.根据权利要求1所述的石英陀螺的闭环检测集成电路，其特征在于所述比例放大器由两个相同的运算放大器A2、电阻R1、R2、R3、R4组成，其中：运算放大器A2的同相输入端都接地，两个运算放大器A2的反向输入端、电阻R1、R2和R3、R4的两个公共节点作为电荷放大器的输入端，电阻R2、R4和两个运算放大器A2的反相输出端的公共节点连接解调电路。
4.根据权利要求1所述的石英陀螺的闭环检测集成电路，其特征在于所述解调电路由两个开关盒解调控制电压V control 组成，两个开关的一端分别作为解调电路的输入端，两个开关的输出分别连接滤波电路。
5.根据权利要求1所述的石英陀螺的闭环检测集成电路，其特征在于所述滤波电路由电容C2、电容C7、电阻R6、电阻R7和运算放大器A3组成，电容C2的一端接地，电容C2的另一端和电阻R6、R7的一个公共端作为滤波电路的输入端，电阻R6和电容C7的公共节点作为运算放大器A3的输入端，运算放大器A3的输出端和电容C7、电阻R7的公共节点作为滤波电路的输出端，滤波电路的输出端连接陀螺等效电路模型的一个输入端。
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