[实用新型]基于压控端实时补偿降低加速度效应的频率控制装置

说明书

技术领域

本发明对频率基准源进行加速度补偿，应用于高精度的频率控制场合。如航空、航天及各种运动载体携带的精密电子设备。

背景技术

频率基准源如恒温晶体振荡器、原子频率标准等均包含石英晶体振荡器。由于石英晶体振荡器对加速度敏感，在振动环境下石英晶体振荡器性能恶化，导致输出频率改变，相位噪声增加，降低了电子设备的性能。

目前人们在机械结构上作了研究，在机械上采取各种缓冲技术，降低冲击对晶振的影响。然而机械上的缓冲只能减小短期的冲击，对于低频的加速度则无法解决。并且机械上的缓冲措施增大设备体积和重量，不利于小型化。

发明内容

本发明提出了一种基于压控端实时补偿降低加速度效应的频率控制装置。该装置在频率基准源基础上增加了加速度补偿单元，加速度补偿单元主要包括补偿电压生成模块、补偿控制器和三维加速度传感器，其中三维加速度传感器与频率基准源安装在一起，实时检测频率基准源承受的加速度，检测到的加速度值送入补偿控制器，再送入补偿电压生成模块，得到补偿电压；将补偿电压施加在频率基准源的压控端，补偿由于加速度导致的频率波动。

频率基准源具有一个电压微调端，该端子电压的变化会造成输出频率的线性改变。建立晶体振荡器与加速度之间的关系模型，采用三维加速度传感器测量频率基准源承受的加速度，根据模型计算出补偿电压。该补偿电压施加在频率基准源的压控端，以实时补偿加速度效应带来的输出频率波动。

该发明采用实时补偿技术，根据实时检测的加速度值进行补偿，克服了机械缓冲方式带来的体积庞大不利于小型化的缺点，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1基于压控端实时补偿技术原理图

图2补偿效果图

图3补偿控制器示意图

图4补偿控制量示意图

图5电压细分与滤波部分示意图

图6采用FPGA为控制芯片的实施电路图

图7加速度补偿电路板的安装示意图

具体实施方式

基于压控端实时补偿技术原理如图1所示。

三维加速度传感器与频率基准源安装在一起，实时检测频率基准源承受的加速度，检测到的加速度值送入补偿控制器，再送入补偿电压生成模块，得到补偿电压；将补偿电压施加在频率基准源的压控端，补偿由于加速度导致的频率波动。其补偿效果如图2所示，fv1为单纯由于加速度造成的频率波动，fv2为单纯由于补偿电压造成的频率波动，fvc1为补偿后的频率波动。由于补偿抵消了加速度对频率的影响，因此降低了通用频率控制设备的加速度敏感性。

补偿控制器如图3所示，三维加速度传感器检测出x轴、y轴、z轴三个方向的加速度值，为三维加速度传感器x轴、y轴、z轴与频率基准源加速度敏感方向的夹角。k_a为频率基准源的加速度敏感系数，k_v为频率基准源的压控系数，k_p为比例因子。通过图3所示框图得到补偿控制量。

补偿控制量示意图如图4，补偿控制量由控制芯片计算得到后，送入补偿电压生成模块。补偿电压生成模块包括D/A转换器和电压细分与滤波电路。补偿控制量经D/A转换器得到模拟电压，再通过电压细分与滤波电路得到最终补偿电压。

电压细分与滤波部分如图5所示，包括电阻R1，R2，R3和电容C。R1一端与电源正极相连，另一端与R2，R3相连，R2另一端接地，R3的另一端接输入。电容C与R2并联，电容C的主要作用是实现滤波。

图6为加速度补偿单元的一种实施电路。该电路采用FPGA为控制芯片，包括FPGA、D/A转换器、电源变换和三维加速度传感器。三维加速度传感器与FPGA连接，FPGA与D/A转换器连接，D/A转换器与频率基准源连接，电源与FPGA、频率基准源连接。三维加速度传感器与FPGA之间为数字接口，FPGA与D/A转换器之间为数字接口，D/A转换器输出的电压接至频率基准源。电源变换将提供的电源变换为FPGA工作需要的各种电压。

图7为当频率基准源为恒温晶体振荡器时加速度补偿电路板的安装方式，加速度补偿电路板的安装焊盘与恒温晶振的输出管脚对应，加速度补偿电路板可直接安装在恒温晶振底部，无需对原有恒温晶振作任何改动。