[发明专利]一种闭环积分式加速度计动态电流测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电流精密测量领域，更具体地，涉及一种闭环积分式加速度计动态电流测量装置及方法。

背景技术

在惯性产品中陀螺和加速度计是最重要的敏感部件，随着技术的进步，陀螺类型和种类飞速发展，微机电陀螺(MEMS)和干涉式光纤陀螺(IFOG)逐渐取代现在的环形激光陀螺(RLG)和传统机械陀螺，体积越来越小，精度越来越高，输出也直接为数字信号，给应用带来方便。但是加速度的测量还没有出现具有绝对优势的技术，从而取代传统的石英挠性加速度计，石英挠性加速度计由挠性摆片、磁缸和伺服电路等组成，输出信号为稳定的电流，正比于测量方向的视加速度。因为在惯性产品中使用石英挠性加速度计就要解决电流的精确测量问题，需要综合考虑高分辨率、大量程、带宽、线性度等问题。在目前成熟的技术中无法做到对加速度计微弱电流的直接测量，往往采用间接测量方法，例如：通过I/V转换后对电压的测量，或者使用I/F转换电路将电流转换为脉冲信号，通过计数完成电流的精确测量。

从已有的资料分析，在加速度计电流测量方案中，采用I/V(电流/电压)转换后，直接使用AD转换的方式，多用于精度不高的场合，测量精度主要受限于电路设计的电气噪声水平和模数转换的位数。当输入量较小时，微弱电流转换为电压后被淹没在噪声中，无法识别出来，不能满足高精度的使用要求。

在使用I/F转换电路的方案中，往往有积分电路和门电路组成，使用一定的频标进行时钟同步，为了兼顾量程和微弱电流的测量，频标选择一般不能太高，在100kHz以内，这就造成测量的带宽限制在100kHz，不利于对高频变化电流的测量。同时在微弱电流时量化过小，分辨率也得不到保证。如果进一步提高频标，由三极管等晶体管设计的门电路也会受到影响，不能保证线性度。

因此，加速度计加速度计动态电流测量方案中I/V+A/D(电流/电压+模数转换)方式具有电路简单、功耗低、带宽大等优点，但测量精度低，噪声大，不能应用于高精度测量。I/F(电流/频率)方式精度高，稳定性好，但微弱电流测量时分辨率低，同时由于频标限制，造成系统带宽低，也不利于高频动态信号的测量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种闭环积分式加速度计动态电流测量装置及方法，其目的在于满足惯性产品精度高、动态范围宽、线性度好等要求，由此解决惯性产品中石英挠性加速度计输出电流的精确测量的技术问题，也可用于其它微弱动态电流的测量。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种闭环积分式加速度计动态电流测量装置，其特征在于，该装置包括依次连接的积分电路、A/D模数转换电路、数字处理电路、D/A数模转换电路以及压控恒流电路，其中，所述压控恒流电路与所述积分电路相连形成闭环反馈，所述压控恒流电路产生与被测电流信号反向的补偿电流信号，对所述积分电路放电，使经过所述积分电路后的积分电压保持在固定电压值；

在经过闭环反馈后，所述数字处理电路输出正比于所述被测电流信号的测量值，由此完成对输入电流的测量。

进一步地，所述被测电流信号与所述补偿电流信号分别通过所述积分电路中的电阻连接所述积分电路中的运放输入端实现上述两电流信号的相加。

进一步地，所述数字处理电路包括电压采样模块、误差分离模块、闭环积分模块、反馈输出模块、输出滤波模块以及通讯模块；

电压采样模块、误差分离模块、闭环积分模块依次相连，反馈输出模块、输出滤波模块与所述闭环积分模块相连，通讯模块与所述输出滤波模块相连；

其中，所述电压采样模块，用于控制所述A/D模数转换电路对所述积分电路产生的积分电压采样，转化为电压数字量；

所述误差分离模块，用于对所述电压数字量误差分离处理得到闭环输入误差；

所述闭环积分模块，对所述误差量进行积分放大获得反馈数字量；

所述反馈输出模块，用于控制D/A数模转换电路将所述反馈数字量转换为模拟电压，并将该模拟电压输入压控恒流电路，得到正比于所述被测电流信号的反馈补偿电流输入到所述积分电路，完成闭环控制；

所述输出滤波模块，用于对经过若干周期闭环反馈的所述反馈数字量进行滤波处理；

所述通讯模块，用于输出经过所述输出滤波模块处理的所述反馈数字量。