CN201173781Y - 陀螺仪信号处理电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型陀螺仪信号处理电路，包括校正放大器、反向放大器、滤波放大器和温度补偿电路，其中陀螺仪基准电压输入线与反向放大器的输入端相连，陀螺仪信号输入线和反向放大器的输出端分别与校正放大器的输入端相连，校正放大器的输出端与滤波放大器的输入端相连，滤波放大器的输出端与温度补偿电路的输入端相连，温度补偿电路输出经处理后的陀螺仪信号。本实用新型的优点是：由于采用了反向放大器作为调零装置，改善了陀螺的零位，减小了陀螺输出信号的随机漂移。在校正放大器中采用了微分网络，改善了陀螺信号处理电路的动态特性。并通过DSP进行温度补偿，使陀螺仪随机漂移率由180°/h，提高到小于5°/h，达到了可应用的水平。

Description

陀螺仪信号处理电路
技术领域
本实用新型涉及角速度测量仪器，特别涉及一种陀螺仪信号处理电路。
背景技术
陀螺仪是惯性制导系统必不可少的角速度敏感元件，它能测量载体各轴的旋转角速率，其信号经放大、校正、功率放大后，驱动载体或平台执行机构进行稳定控制和导航控制，实现自主式导航。
目前，硅微机械陀螺仪属第四代新型陀螺仪，世界上的发达国家从90年代开始就投入大量人力、物力进行研究，现已处于实际应用阶段，我国已有部分单位着手研制音叉式硅微机械陀螺仪，至今精度还很低，其随机漂移在50°/h左右。
从国外购置的硅微机械陀螺仪属于环形硅微机械陀螺仪，由于所购置的陀螺仪是同类产品中质量偏低者，输出杂波和随机漂移很大，若不改进，实际应用很困难，不易开拓市场，很难达到普遍推广应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服上述缺陷，提供一种可以很好改善陀螺的零位、随机漂移和滞后，并可以进行自动温度补偿的陀螺仪信号处理电路。
为达到上述目的，本实用新型提供的陀螺仪信号处理电路，包括陀螺仪信号输入线和陀螺仪基准电压输入线，还包括校正放大器、反向放大器、滤波放大器和温度补偿电路，其中，所述陀螺仪基准电压输入线与所述反向放大器的输入端相连，所述陀螺仪信号输入线和所述反向放大器的输出端分别与所述校正放大器的输入端相连，所述校正放大器的输出端与所述滤波放大器的输入端相连，所述滤波放大器的输出端与所述温度补偿电路的输入端相连，所述温度补偿电路输出经处理后的陀螺仪信号。
本实用新型陀螺仪信号处理电路，其中所述校正放大器的输入端接有阻容微分网络。
本实用新型陀螺仪信号处理电路，其中所述反向放大器输入端的陀螺仪基准电压为+2.5V，所述反向放大器输出端的输出电压为-2.5V。
本实用新型陀螺仪信号处理电路，其中所述温度补偿电路包括温度传感器、DSP、第一比较放大器、第二比较放大器和第三比较放大器，所述DSP输出的参考电压信号经参考电压跟随器分别接至所述第一比较放大器的反相输入端和第二比较放大器的同相输入端，所述温度传感器的输出信号接至所述第一比较放大器的同相输入端，所述第一比较放大器的输出端接至所述DSP的输入端；所述DSP输出的程序控制后的信号接至所述第二比较放大器的反相输入端，所述第二比较放大器的输出端接至所述第三比较放大器的反相输入端；所述滤波放大器的输出信号接至所述第三比较放大器的同相输入端，所述第三比较放大器的输出端输出温度补偿处理后的陀螺仪信号。
本实用新型陀螺仪信号处理电路，其中所述各放大器采用型号为OP07或F007的运算放大器构成。
本实用新型陀螺仪信号处理电路，其中所述DSP采用型号为MSP430F4270IDL的芯片。
本实用新型陀螺仪信号处理电路有益的技术效果是：由于采用了反向放大器作为调零装置，改善了陀螺的零位，对减小陀螺输出信号的随机漂移起了重要作用。在校正放大器中采用了微分网络，改善了陀螺信号处理电路的动态特性，可使信号处理电路的滞后为零。通过校正放大器和滤波放大器综合放大后，又采用DSP芯片进行温度补偿，使陀螺仪随机漂移率由180°/h，提高到小于5°/h。达到了可应用的水平，该陀螺仪可用于战术导弹、鱼雷、飞艇、红外/激光制导炸弹、坦克、舰船等领域。
下面将结合实施例参照附图对本实用新型进行详细说明。
附图说明
图1是本实用新型陀螺仪信号处理电路的方框图；
图2是图1中温度补偿电路的方框图；
图3是本实用新型陀螺仪信号处理电路的电路图；
图4是图1中温度补偿电路的电路图。
具体实施方式
由于陀螺仪处于工作状态时，当无角速率输给陀螺时，陀螺有+2.5V零位电压输出，若不进行调零处理，无法满足用户的控制系统使用要求。为使陀螺在无角速率输入情况下输出信号为零。我们从陀螺内部电路中引出+2.5V基准信号，经过放大器组件的反向端输入变换成-2.5V，并通过R1C1滤波成直流，加到陀螺信号输出端，再经过综合放大后输出为零，这种调零装置比传统的调零装置，即在运放调零或正向输入端引入直流电压调零的装置优越。原因是当加到陀螺上的+5V电压随温度变化有变化时，陀螺中的+2.5V电压也同时变化。通过综合放大后输出的零位电压变化趋于零，这一装置对减小陀螺输出信号随机漂移起了重要作用。
参照图1和图3，本实用新型陀螺仪信号处理电路包括陀螺仪信号输入线和陀螺仪基准电压输入线，还包括校正放大器1(由运放N1构成)、反向放大器3(由运放N3构成)、滤波放大器2(由运放N2构成)和温度补偿电路4。
其中，陀螺仪基准电压输入线与反向放大器3的输入端相连，陀螺仪信号输入线和反向放大器3的输出端分别与校正放大器1的输入端相连，校正放大器1的输出端与滤波放大器2的输入端相连，滤波放大器2的输出端与温度补偿电路4的输入端相连，温度补偿电路4输出经处理后的陀螺仪信号Vout。
参照图3，校正放大器1的输入端接有阻容微分网络R3-C2，R3-C2是一个微分网络，其作用是为了改善陀螺信号处理电路的动态特征，能使本信号处理电路滞后为零。否则，在为了去掉陀螺及整个放大器的杂波干扰信号时，采用滤波放大器2会使系统动态特征滞后达20ms。
反向放大器3输入端的陀螺仪基准电压为+2.5V，反向放大器3输出端的输出电压为-2.5V。
各放大器N1、N2、N3采用运算放大器构成，在其他的实施例中，OP07也可用其他运算放大器如F007代替。
参照图2和图4，温度补偿电路4包括温度传感器、DSP(芯片U1)、第一比较放大器(U3B)5、第二比较放大器(U2A)7和第三比较放大器(U2B)8，DSP输出的参考电压信号经参考电压跟随器(U3A)6分别接至第一比较放大器(U3B)5的反相输入端和第二比较放大器(U2A)7的同相输入端，温度传感器的输出信号接至第一比较放大器(U3B)5的同相输入端，第一比较放大器(U3B)5的输出端接至DSP的输入端；程序控制后的DSP输出信号接至第二比较放大器(U2A)7的反相输入端，第二比较放大器(U2A)7的输出端接至第三比较放大器(U2B)8的反相输入端。其中，DSP采用型号为MSP430F4270IDL的芯片。参照图1和图2，滤波放大器2的输出信号Gvout接至第三比较放大器(U2B)8的同相输入端，第三比较放大器(U2B)8的输出端输出温度补偿处理后的陀螺仪信号Vout。
对温度补偿电路4详细叙述如下：
陀螺仪经上述信号处理电路处理后，在-25℃至+45℃条件下零位漂移很小，但是要满足美军工标准，在-40℃至+85℃条件下工作还有一定的差距，故采用了DSP温度补偿电路4，使陀螺输出信号在-40℃至+85℃条件下，陀螺输出信号零位小于4mV。其作用是补偿由于外部环境温度变化引起陀螺仪和信号处理电路零位输出的变化，当输出信号Gvout为正温度系数时，温度补偿用负温度系数变化去补偿，反之用正温度系数去补偿，补偿的正、负值及幅度值由DSP的程序控制。
参照图4，温度传感器采用AD590，在其他的实施例中，也可用AD580代替。图中电压跟随器U3A的输出V600的三点短接。A11+接至DSP(芯片U1)13管脚，A11-接至U1的14管脚。U1的1、2、3、4管脚用作写入控制程序，U1的12管脚是基准参考电压输出端。
当温度传感器AD590随温度变化的输出电流经RT01采样电阻变成电压信号后加到第一比较放大器U3B正向输入端，经U3B比较放大后加到U1的13管脚供U1程序控制，然后由U1的24管脚输出。再经第二比较放大器U2A比较放大后加到第三比较放大器U2B的反向输入端，陀螺信号处理电压与温度传感器电压经第三比较放大器U2B综合处理后，使陀螺零位输出电压随温度变化趋于零。由于陀螺输出信号随温度变化的曲线已测试出来，芯片U1的程序根据测出的曲线已设定并输入芯片U1中，陀螺工作时，由于温度变化所带来的温漂能通过DSP得到自动补偿。

Claims (6)

1.陀螺仪信号处理电路，包括陀螺仪信号输入线和陀螺仪基准电压输入线，其特征在于，还包括校正放大器(1)、反向放大器(3)、滤波放大器(2)和温度补偿电路(4)，其中，所述陀螺仪基准电压输入线与所述反向放大器(3)的输入端相连，所述陀螺仪信号输入线和所述反向放大器(3)的输出端分别与所述校正放大器(1)的输入端相连，所述校正放大器(1)的输出端与所述滤波放大器(2)的输入端相连，所述滤波放大器(2)的输出端与所述温度补偿电路(4)的输入端相连，所述温度补偿电路(4)输出经处理后的陀螺仪信号。
2.根据权利要求1所述的陀螺仪信号处理电路，其特征在于，其中所述校正放大器(1)的输入端接有阻容微分网络。
3.根据权利要求1或2所述的陀螺仪信号处理电路，其特征在于，其中所述反向放大器(3)输入端的陀螺仪基准电压为+2.5V，所述反向放大器(3)输出端的输出电压为-2.5V。
4.根据权利要求3所述的陀螺仪信号处理电路，其特征在于，其中所述温度补偿电路(4)包括温度传感器、DSP、参考电压跟随器(6)、第一比较放大器(5)、第二比较放大器(7)和第三比较放大器(8)，所述DSP输出的参考电压信号经参考电压跟随器(6)分别接至所述第一比较放大器(5)的反相输入端和第二比较放大器(7)的同相输入端，所述温度传感器的输出信号接至所述第一比较放大器(5)的同相输入端，所述第一比较放大器(5)的输出端接至所述DSP的输入端；所述DSP输出的程序控制后的信号接至所述第二比较放大器(7)的反相输入端，所述第二比较放大器(7)的输出端接至所述第三比较放大器(8)的反相输入端；所述滤波放大器(2)的输出信号接至所述第三比较放大器(8)的同相输入端，所述第三比较放大器(8)的输出端输出温度补偿处理后的陀螺仪信号。
5.根据权利要求4所述的陀螺仪信号处理电路，其特征在于，其中所述各放大器采用型号为OP07或F007的运算放大器构成。
6.根据权利要求5所述的陀螺仪信号处理电路，其特征在于，其中所述DSP采用型号为MSP430F4270IDL的芯片。
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