[发明专利]一种脉宽双加矩型加速度传感器电路

说明书

本发明公开了一种脉宽双加矩型加速度传感器电路，它包括表头和闭环反馈控制电路，其中，所述闭环反馈控制回路包括差分电容检测电路、数字控制电路、脉宽双加矩反馈回路；所述差分电容检测电路与表头的差分电容传感器相连；数字控制电路接收差分电容检测电路输出的电压量，将电压量转化为数字量，进而产生控制量，再将控制量转化为双路PWM波；脉宽双加矩反馈回路接收双路PWM波，脉宽双加矩反馈回路产生相应的脉动电流，脉动电流加载在表头的力矩器上，力矩器产生相应的反馈力以平衡表头的检测质量块。本发明使用脉宽双加矩反馈回路，克服了脉冲加矩反馈回路动态测量范围不足的缺点，有利于提升脉宽加矩加速度传感器的测量分辨率。

技术领域

本发明属于测量仪器技术领域，涉及一种加速度传感器电路，尤其涉及一种脉宽双加矩型加速度传感器电路。

背景技术

加速度传感器又被称为加速度计。加速度传感器是惯性导航、控制检测、倾斜测井、房屋监测等设备中的重要器件，目前已被广泛应用于航天航空以及武器的控制与制导等多个领域之中。加速度传感器的精度直接影响到惯性导航、控制检测等设备的精度，因此提高加速度传感器的性能是提升惯性技术的重要课题内容之一。石英挠性加速度传感器由于质量轻、体积小、灵敏度高的特点是现阶段广泛使用的一款加速度传感器。在早期的惯导系统中，由于模拟加矩方式简单、可靠、成熟，因此多使用模拟加矩方式。但是模拟加矩方式，存在着许多的问题。模拟加矩力矩器的功耗与电流的平方成正比，不同的加速度变化会有不同的反馈电流，这样将会影响温度场的稳定性。温度场的变化将会影响加表的线性度，降低仪表的精度。模拟加矩电路的加速度信号需要通过ADC或者其它数字化设备读入，数据在转化过程中会产生量化误差，量化误差会影响到加速度传感器的测量精度。

全数字化加速度传感器的ADC位于闭环伺服控制回路的内部，系统回路具有较高的误差抑制能力，提高了加速度的读入精度。随着计算机控制技术的不断发展，加速度传感器的数字化方向已经成为加速度传感器发展的主流方向。二元调宽脉冲加矩方案是石英挠性加速度传感器测量控制回路数字化的方案之一，该方案的抗干扰能力强、测量稳定性高，但是该方案存在测量分辨率与测量量程相互制约问题。针对二元调宽脉冲双加矩测量分辨率不足的问题，本发明提出了二元调宽脉冲双加矩测量方案。二元调宽脉冲双加矩数字加速度传感器旨在提高系统的测量分辨率以及系统的整体稳定性，为未来的高精度数字加速度传感器提供可行的测量控制方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于解决二元调宽脉冲加矩加速度传感器动态测量范围不足的问题，提供一种高分辨率脉宽双加矩型加速度传感器电路。

为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：一种脉宽双加矩型加速度传感器电路，所述脉宽双加矩型加速度传感器电路包括表头和闭环反馈控制电路，其中，所述闭环反馈控制回路包括差分电容检测电路、数字控制电路、脉宽双加矩反馈回路；所述差分电容检测电路与表头的差分电容传感器相连，用于检测差分电容传感器的差分电容量，并将差分电容量转化为电压量；数字控制电路接收差分电容检测电路输出的电压量，将电压量转化为数字量，进而产生控制量，再将控制量转化为双路PWM波；脉宽双加矩反馈回路接收双路PWM波，脉宽双加矩反馈回路产生相应的脉动电流，脉动电流加载在表头的力矩器上，力矩器产生相应的反馈力以平衡表头的检测质量块。

进一步的，所述脉宽双加矩反馈回路包括粗加矩反馈回路和精加矩反馈回路；所述数字控制电路的一路PWM波与粗加矩反馈回路相连，另一路PWM波与精加矩反馈回路相连，粗加矩反馈回路的输出电流和精加矩反馈回路的输出电流叠加后通过加矩方向H桥与力矩器相连。

进一步的，所述粗加矩反馈回路的恒流源电路的输出电流幅值大于精加矩反馈回路的恒流源电路的输出电流幅值。

进一步的，所述粗加矩反馈回路包括共发射极串联反馈大电流恒流源电路、第一单刀双掷模拟开关、第一假负载；所述共发射极串联反馈大电流恒流源电路与第一单刀双掷模拟开关的活动端相连，第一单刀双掷模拟开关的第一固定端与第一假负载相连，第一单刀双掷模拟开关的第二固定端与加矩方向H桥相连。