[发明专利]一种应用于液浮陀螺仪的高精度信号采集系统及方法

说明书

本发明涉及一种应用于液浮陀螺仪的高精度信号采集系统及方法，其技术特点是：本发明包括交流信号放大降噪电路、相敏解调器、直流信号放大滤波器、信号校正电路、功率放放大器、力矩器、采样电阻、电流频率转换模块、信号采集电路和上位机，其中交流信号放大器、相敏解调器、直流信号放大器、信号校正电路、功率放放大器、力矩器、采样电阻、电流频率转换模块、信号采集电路和上位机依次连接，电流频率转换模块的接地端接地。本发明能够有效降低方波驱动陀螺电机的谐波对陀螺仪性能的影响，解决陀螺内部可能出现的强电磁耦合现象，避免拍频问题，降低陀螺仪噪声，并且可根据陀螺仪精度要求设置电机电源转速及传感器的工作频率的合理范围。

技术领域

本发明属于信号采集技术领域，尤其是一种应用于液浮陀螺仪的高精度信号采集系统及方法。

背景技术

应用于捷联式系统的液浮陀螺仪通常采用力反馈方式进行陀螺测试，其优点在于测试方式与目前采用的工作状态一致，更能准确反映惯性仪表的性能参数。

液浮陀螺仪在较小的空间内安装有陀螺电机、传感器、力矩器、磁悬浮、加热组件以及其它部件，各种元件有相应的工作电压及工作频率，极易出现相互间的电磁干扰现象。陀螺电机由方波或正弦波驱动，采用方波电源的控制方式较简单、线路功耗低，因此得到广泛应用。由于电机电机磁场的影响，其方波信号会产生畸变，在陀螺仪传感器绕组上叠加的电磁信号会不同体现，基频信号的高次谐波将在传感器输出上形成干扰源，严重时将产生拍频现象，极大地影响陀螺性能检测，特别在高精度大带宽工作条件下表现得尤为严重。

力反馈测试方式下的液浮陀螺仪通过测量采集其力矩器的电信号来得到陀螺仪的性能指标，采集测量的准确性直接影响表体精度体现。为满足高精度陀螺仪的测试要求，往往采用大时间常数RC滤波器及成本很高的高精度数字万用表来达到相匹配的测试要求，传统测量方式同时为满足数据量程，往往采取提高仪表数据采集位数的方法，其影响是降低了仪表数据采样的速率，对陀螺信号高频部分的还原差，形成测量误差源。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种应用于液浮陀螺仪的高精度信号采集系统及方法，能够提供一种不使用高精度电压表的直接采集力矩器电流的信号采集方法，同时能准确反映惯性仪表的性能参数。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种应用于液浮陀螺仪的高精度信号采集系统，包括交流信号放大降噪电路、相敏解调器、直流信号放大滤波器、信号校正电路、功率放放大器、力矩器、采样电阻、电流频率转换模块、信号采集电路和上位机，其中交流信号放大器、相敏解调器、直流信号放大器、信号校正电路、功率放放大器、力矩器、采样电阻、电流频率转换模块、信号采集电路和上位机依次连接，电流频率转换模块的接地端接地。

而且，所述信号采集电路包括信号缓冲器、FPGA和串口接口，FPGA包括第一计数器、第二计数器、加法器和串口通讯模块，电流频率转换模块的正脉冲输出端连接信号缓冲器的正脉冲输入端，电流频率转换模块的负脉冲输出端连接信号缓冲器的负脉冲输入端，信号缓冲器的第一输出端通过第一计数器连接加法器，信号缓冲器的第二输出端通过第二计数器连接加法器，加法器的输出端连接串口通讯的输入端，串口通讯的输出端连接上位机。

一种应用于液浮陀螺仪的高精度信号采集系统的采集方法，包括以下步骤：

步骤1、陀螺仪输出电信号至交流信号放大降噪电路，进行交流信号的放大以及降噪，同时对信号进行傅里叶分析以确定干扰信号；

步骤2、根据干扰信号，调整陀螺仪中传感器的工作频率位于干扰信号两个高次谐波中心位置，将信号输出再次入至交流信号放大降噪电路；

步骤3、降噪后的交流信号输入至相敏解调器进行交直流信号的转换；

步骤4、转换生成的直流信号输入至直流信号放大滤波器，进行直流信号的放大并在信号放大后进行滤波；