CN200982980Y - 稳定器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种稳定器，由一个角速率陀螺仪和两个加速度计构成一个空间坐标系，用于自动车辆稳定系统、多轴自动控制商业系统等领域中测量空间坐标系中一个轴的角速率和两个轴的线加速度的三自由度固态惯性传感器的组合。各角速率陀螺仪和加速度计均由采用微机械－电子系统技术的芯片构成的敏感电路、信号处理器、主放大器及零偏置控制器、量程扩展器和带宽扩展器组成，敏感电路输出端经信号处理器接至主放大器的输入端，零偏置控制器、量程扩展器和带宽扩展器相并联，其输出端接主放大器输入端。本实用新型具有高可靠性和高封装坚固性，并具备自检测功能，可准确测量空间坐标系中的状态。
Description
技术领域
本实用新型属于稳定器技术领域，具体涉及一种用于测量空间坐标系中的一个轴的角速率和两个轴加速度的稳定器，可广泛用于导弹控制、地质勘测、工业控制、航空飞行器稳定控制、捷联惯导、汽车自动驾驶及机器人控制等技术领域。
背景技术
目前在上述各行业领域中普遍使用的稳定器，包括角速率陀螺仪和加速度计，其产品绝大部分都是机械式的，如液浮或半液浮，挠性有旋转马达的角速率陀螺仪，有质块的加速度计等。这些老式稳定器在实际应用中存在的突出缺点是体积大、价格昂贵、易损坏、耐冲击加速度低，寿命短，测量范围小(老式角速率陀螺最大测量值仅500°/S，加速度计最大测量值仅10g)，频响低(最多为100Hz)以及多不具备自检测(self-Test)功能等，即使是当今较先进的光纤或激光稳定器，也是由于其价格昂贵及体积大等原因而很难得到广泛的应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题，提供一种结构性能实用合理，操作方便，体积小，重量轻，造价低，应用范围广的稳定器。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案是：一种稳定器，其特征在于具有一个测量空间Z轴角速率陀螺仪1和两个分别用于测量空间X、Y轴加速度计2、3，所述角速率陀螺仪1和所述各加速度计2、3并行输出至一块适配转接线路板4，其中每一个空间轴加速率陀螺仪和每一个加速度计均由采用微机械-电子系统技术的芯片构成的敏感电路M1或M2、信号处理器6、主放大器10以及零偏置控制器7、量程扩展器8和带宽扩展器9组成，敏感电路M1或M2的输出端经信号处理器6接至主放大器10的输入端，零偏置控制器7、量程扩展器8和带宽扩展器9相并联，其共同输出端接至主放大器10的输入端。
本实用新型具有以下优点：本实用新型所述的稳定器是三轴三自由度固态惯性传感器的组合，内中的角速率陀螺仪属于无旋转马达的固态角速率传感器，线加速度计属于无质块的传感器，他们的内部电路工作构件均采用微机械-电子系统MEMS技术的芯片，其制造采用双极型金属氧化物半导体BIMOS技术的生产和球形网格排列的载流焊工艺技术，产品具有高可靠性和高封装坚固性，可准确测量空间坐标系中Z轴的角速率和X、Y轴的线加速度计；三个自由度传感器中的每一个都具有自检测功能，能够实现机内检测BIT，并且三个自由度均为模拟信号输出。此外，本实用新型内还设置了零偏置控制器、量程扩展器、带宽扩展器，使本产品具有零漂置校准、宽的测量范围和带宽功能，同时也使之具有宽范围的工作温度和体积小、重量轻、启动快、寿命长及耐冲击加速度高等特点。
附图说明
图1为本发明的总电气设计原理框图；
图2为角速率陀螺仪的设计原理图；
图3为加速度计的设计原理图；
图4为角速率陀螺仪的一个具体实施例的电路原理图；
图5为加速度计的一个具体实施例的电路原理图；
图6为角速率陀螺仪或加速度计所用零偏置控制器的设计原理框图；
图7为零偏置控制器的电气线路图；
图8为角速率陀螺仪或加速度计所用量程扩展器的设计原理框图；
图9为量程扩展器的电气线路图；
图10为角速率陀螺仪或加速度计所用带宽扩展器的设计原理框图；
图11为带宽扩展器的电气线路图。
具体实施方式
参见附图，本实用新型所述的稳定器的总电气结构如图1所示，它包括一个用于测量空间Z轴角速率的角速率陀螺仪1和两个分别用于测量空间X、Y轴线加速度的加速度计2、3，各角速率陀螺仪1和加速度计2、3的输出端与一块适配转接线路板4的输入端电缆连接。
本实用新型设计方案中的空间轴角速率陀螺仪的工作原理结构如图2所示，采用MEMS芯片构成的敏感电路M1、信号处理器6、主放大器10以及零偏置控制器7、量程扩展器8、和带宽扩展器9相组成，敏感电路M1的输出端经信号处理器6接至主放大器10的输入端，零偏置控制器7、量程扩展器8、和带宽扩展器9相并联，其共同输出端接至主放大器10的输入端。该稳定器中的角速率陀螺仪的敏感电路M1由离散控制器MM1、ST接口电路MM2、敏感器MM3、谐振器MM4和激励器MM5组成，离散控制器MM1和激励器MM5的输出端分别通过ST接口电路MM2和谐振器MM4接至敏感器MM3的输入端，敏感器MM3的输出端与信号处理器6的输入端联接。
每个空间轴加速度计的工作原理结构如图3所示，采用MEMS芯片构成的敏感电路M2、信号处理器6、主放大器10以及零偏置控制器7、量程扩展器8、和带宽扩展器9相组成，敏感电路M2的输出端经信号处理器6接至主放大器10的输入端，零偏置控制器7、量程扩展器8和带宽扩展器9相并联，其共同输出端接至主放大器10的输入端。每一个空间轴线加速度计中的敏感电路M2均由离散控制器MM1、ST接口电路MM2和敏感器MM3组成，离散控制器MM1的输出端通过ST接口电路MM2接至敏感器MM3的输入端，敏感器MM3的输出端与信号处理器6的输入端联接。
如图4所示的角速率陀螺仪的实际电路中，敏感电路M1中的敏感器MM3由型号微P0-XRS的敏感器件芯片构成，P0-XRS的输入端接角速率输入信号，谐振器MM4由两只型号微LTC2053的芯片相互串联形成，激励器MM5由型号微REG711-5的充电泵调节器构成，信号处理器6由型号微LTC2053和LB8207的芯片构成，主放大器10由型号为LTC2053的集成芯片构成。
如图5所示的加速度计的实际电路中，敏感电路M2中的敏感器MM3由型号为P0-XL的输入端接线加速度计输入信号，信号处理器6由型号为LB8207的芯片构成，主放大器10由型号为LTC2053的集成芯片构成。
图6所示的各功能电路的结构组成及工作形式分别如下所述：为使零偏在性能有差异的不同芯片下一致，在稳定器内设计了零偏置控制器7。
零偏置控制器7由主放大器7c、输入回路7a、校准回路7b、反馈回路7d和运算器7e组成，其中主放大器7c的输入端与输入回路7a的输出端联接，主放大器7c的输出信号可分流至反馈回路7d和运算器7e的输入端，该运算器7e的输出端接至校准回路7b，该校准回路7b输出端与该反馈回路7d的输出端一道回接至主放大器7c的输入端。
在图7所示的实际工作电路中，输入电路7a由电阻R1、R2和电容C1组成，主放大器7c由型号为LTC2053的芯片构成，运算器7c由型号为LM339的芯片构成，标准回路7b由电阻R3和电子开关K组成，反馈回路7d由电阻R4构成。零偏置控制器7的设置可以使稳定器内的每个轴的零偏一致，达到2.5±0.1V，便于用户的使用。
依据市场客户对量程的要求，本实用新型设计了量程扩展器8，如图8所示，该量程扩展器8由主放大器8c、输入回路8a、扩展回路8b和反馈回路8d组成，其中主放大器8c的输入端与输入回路8a的输出端联接，主放大器8c的输出信号可分流至反馈回路8d和扩展回路8b的输入端。
如图9所示的实际工作电路中，输入回路8a由电阻R8、R9和电容C3组成，主放大器8c由型号为LTC2053的芯片构成，扩展回路8b由电阻Rx1构成，反馈回路8d由电阻R10和电容C4构成。通过量程扩展器的可以设置稳定器中各个轴向的量程，以满足用户不同测量范围的要求。
如图10所示，在该稳定器内设置的带宽扩展器9由主放大器9c、输入回路9a、扩展器9b和反馈回路9d组成，其中主放大器9c的输入端与输入回路9a的输出端联接，主放大器9c的输出信号分流至反馈回路9d和扩展器9b的输入端，扩展器9b输出端再与反馈回路9d输出端一道回接至主放大器9c的输入端。
如图11所示的实际工作电路中，输入回路9a由电阻R15、R16和电容C5组成，主放大器9c由型号为LTC2053的芯片构成，扩展器9b由电容CX/C6构成，反馈回路9d由电阻R17/Rx构成。通过带宽扩展器可设置每个轴的角速率陀螺仪与加速度计。
本实用新型产品的外型尺寸为500×380×17.5mm3，而且三轴三自由度的稳定器由一个角速率陀螺仪1和两个加速度计2和3以及适配转接线路板4和引出电缆合理有序地安装在壳体内。
Claims (6)
1、一种稳定器，其特征在于具有一个测量空间Z轴角速率陀螺仪(1)和两个分别用于测量空间X、Y轴加速度计(2、3)，所述角速率陀螺仪(1)和所述各加速度计(2、3)并行输出至一块适配转接线路板(4)，其中每一个空间轴加速率陀螺仪和每一个加速度计均由采用微机械-电子系统技术的芯片构成的敏感电路、信号处理器(6)、主放大器(10)以及零偏置控制器(7)、量程扩展器(8)和带宽扩展器(9)组成，敏感电路(M1或M2)的输出端经信号处理器(6)接至主放大器(10)的输入端，零偏置控制器(7)、量程扩展器(8)和带宽扩展器(9)相并联，其共同输出端接至主放大器(10)的输入端。
2、根据权利要求1所述的稳定器，其特征在于每一个空间轴角速率陀螺仪中的敏感电路(M1)均由离散控制器(MM1)、ST接口电路(MM2)、敏感器(MM3)、谐振器(MM4)和激励器(MM5)组成，离散控制器(MM1)和激励器(MM5)的输出端分别通过ST接口电路(MM2)和谐振器(MM4)接至敏感器(MM3)的输入端，敏感器(MM3)的输出端与信号处理器(6)的输入端联接。
3、根据权利要求1所述的稳定器，其特征在于每一个空间轴加速度计中的敏感电路(M2)均由离散控制器(MM1)、ST接口电路(MM2)和敏感器(MM3)组成，离散控制器(MM1)的输出端通过ST接口电路(MM2)接至敏感器(MM3)的输入端，敏感器(MM3)的输出端与信号处理器(6)的输入端联接。
4、根据权利要求1所述的稳定器，其特征在于每一个空间轴角速率陀螺仪和空间轴加速度计的零偏置控制器(7)均由主放大器(7c)、输入回路(7a)、校准回路(7b)和运算器(7e)组成，其中主放大器(7c)的输入端与输入回路(7a)的输出端联接，主放大器(7c)的输出信号分流至反馈回路(7d)和运算器(7c)的输入端，运算器(7e)输出端经校准回路(7b)后与反馈回路(7d)输出端一道回接至主放大器(7c)的输入端。
5、根据权利要求1所述的稳定器，其特征在于每一个空间轴角速率陀螺和空间轴加速度计中的量程扩展器(8)均由主放大器(8c)、输入回路(8a)、扩展回路(8b)和反馈回路(8d)组成，其中主放大器(8c)的输入端与输入回路(8a)的输出端联接，主放大器(8c)的输出信号分流至反馈回路(8d)和扩展回路(8b)的输入端，扩展回路(8b)的输出端再与反馈回路(8d)输出端一道接回至主放大器(8c)的输入端。
6、根据权利要求1所述的稳定器，其特征在于每一个空间轴角速率陀螺和空间轴加速度计中的带宽扩展器(9)均由主放大器(9c)、输入回路(9a)、扩展器(9b)和反馈回路(9d)组成，其中主放大器(9c)的输入端与输入回路(9a)的输出端联接，主放大器(9c)的输出信号分流至反馈回路(9d)和扩展器(9b)的输入端，扩展器(9b)输出端再与反馈回路(9d)输出端一道回接至主放大器(9c)的输入端。
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| CN 200620136207 CN200982980Y (zh) | 2006-11-24 | 2006-11-24 | 稳定器 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN104197957A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-12-10 | 哈尔滨工业大学 | 微陀螺测量系统及采用该系统测量零偏稳定性的方法 |
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2006
- 2006-11-24 CN CN 200620136207 patent/CN200982980Y/zh not_active Expired - Fee Related
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