[发明专利]一种石英加速度计的伺服电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量载体的加速度、速度和位置倾角等的石英加速度计的伺服电路。

背景技术

石英加速度计的伺服电路，是石英加速度计的关键组成部分，石英加速度计可分为模拟与脉冲伺服两类。模拟伺服电路结构不同还可分为几种，但反馈加矩都是模拟电流。脉冲伺服反馈加矩都是脉冲电流，按反馈加矩方式不同又分为二元调宽、三元调宽、二元断续、三元断续四种。

现有的一种模拟伺服电路结构如图1所示，石英加速度计摆组件感受加速度产生偏摆，引起差动变化的两电容之差变化，差动电容检测器将之转换成缓变电压信号，经前置放大，相位校正后推动功放，产生电流加到电磁力矩器上形成恢复力矩，以求摆片恢复平衡位置，进而输出与加速度成正比的模拟量。

现有的石英加速度计的模拟伺服电路通常采用分立器件组成的PCB板级结构，电路结构较简单，其所存在的缺点是电容检测精度差、输出量程小、电路一致性差、可靠性差、体积大。受精度、量程和体积等的制约，一般用在要求不高的民用领域，无法满足军用或具有特殊要求的行业，也无法满足日益小型化的要求。

发明内容

本发明提供了一种单片集成的石英加速度计的模拟伺服电路，可克服现有模拟伺服电路中存在的上述问题，具有检测精度高、输出量程大、噪声小、工作温度范围宽等特点。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种石英加速度计的伺服电路，其特征在于，包括集成部分和分立部分，集成部分包括三角波发生器、差分电容检测器、积分放大器和跨导放大器；分立部分包括一个负反馈电路、外时基电容Ct₁、外时基电阻Rt₁和外偏置电阻Rb₁；所述三角波发生器借助于其中的比较器C控制三角波发生器的电流源通过时基电容外接端口Ct对外时基电容Ct₁进行充放电，产生所需的三角波，并通过三角波发生器中的射极跟随器A3输出到差分电容检测器；差分电容检测器接收来自三角波发生器产生的三角波信号，并对连接在检测端口Cp1、Cp2上的加速度计摆组件差动电容Cd1、Cd2进行充放电，将监测到的差分电容信号转化成相应的误差电流信号Ic₁-Ic₂输出到积分放大器的输入端IN1-，积分放大器将误差电流信号经积分解调得到缓变电压信号，经积分放大器中的前置放大器A1、后级放大器A2后推动跨导放大器；跨导放大器通过跨导输出端OUT加到石英加速度计的电磁力矩器上形成恢复力矩，实现摆片恢复平衡位置；所述负反馈电路连接在积分放大器的反相输入端IN2-和跨导放大器的输出反馈端FB之间，形成具有深度负反馈的完整闭环测试系统。

上述方案中，所述的三角波发生器内部集成了内时基电阻Rt₀和内偏置电阻Rb₀，可满足具有固定频率要求的应用场合，同时设有连接内时基电阻Rt₀的一个时基电阻外接端Rt和连接内偏置电阻Rb₀的两个偏置电阻外接端B1、B2，可独立引出用于连接外时基电阻Rt₁和外偏置电阻Rb₁。

所述跨导放大器包括跨导放大电路和设置有结型场效应管的输出电流采样电路，跨导放大电路的输入端IN+和IN-分别接收积分放大器30的两个电压输出端OUT2、OUT3的电压信号，产生与差分电容量成正比的驱动电流，通过跨导输出端OUT加到石英加速度计的电磁力矩器上形成恢复力矩，实现摆片恢复平衡位置；同时，输出电流采样电路产生同输出电流成比例的输出电流采样信号，通过输出反馈端FB输出到负反馈电路，形成深度负反馈，构成了高精度闭环测试系统。

本发明与已有技术的石英加速度计伺服电路相比，其有益效果在于：

由于提供了深度负反馈电路，形成了高精度的闭环测试系统，该电路结构具有非常宽的工作电压范围，从±5V～±18V均可正常工作，测量范围≥±50g，噪声可达到7mV以下，工作温度范围为-55℃～125℃，具有动态范围大、线性度好、频率响应宽、量程大、温度范围宽、噪声小、精度高等特点。

本发明石英加速度计伺服电路输出级跨导放大器内部设计了由电流恒定且动态电阻非常大的结型场效应管J1为核心的输出电流采样电路，可精确地采样到与差分电容成比例的输出电流的大小，并按比例反馈到负反馈电路中，形成闭环测试系统。有效地消除了对电流输出级的影响，具有很好的隔离性。